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JP2014521291A - B-side power supply for critical power applications - Google Patents

B-side power supply for critical power applications Download PDF

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JP2014521291A JP2014518919A JP2014518919A JP2014521291A JP 2014521291 A JP2014521291 A JP 2014521291A JP 2014518919 A JP2014518919 A JP 2014518919A JP 2014518919 A JP2014518919 A JP 2014518919A JP 2014521291 A JP2014521291 A JP 2014521291A
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Abstract

IT負荷等の負荷に電力を供給する方法は、少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを用いて出力電力を提供するステップと、前記出力電力の第1部分をグリッドを介して前記負荷のA側給電部に提供するステップと、前記出力電力の第2部分を前記負荷のB側給電部に提供するステップと、を具備する。A method of supplying power to a load, such as an IT load, includes providing output power using at least one power module having at least one fuel cell segment; and supplying a first portion of the output power via a grid. Providing to the A-side power supply unit of the load, and providing the second portion of the output power to the B-side power supply unit of the load.

Description

関連出願
本出願は、本明細書に組み込まれる2011年6月27日に出願された米国仮出願第61/501,382号の優先権を主張する。
This application claims priority to US Provisional Application No. 61 / 501,382, filed June 27, 2011, incorporated herein.

電力システムは、建物等、電気器具、照明、ツール、エアコン、加熱ユニット、工場の機械設備、蓄電ユニット、コンピュータ、セキュリティシステム等の1つ以上の負荷に電力を供給するために使用される。負荷に電力を供給するために使用される電気は、多くの場合、配電網から受け取られる。しかしながら、負荷用の電気は、燃料電池、太陽電池アレイ、風力タービン、熱電デバイス、バッテリ等の代替電力源を介しても供給可能である。電気グリッドと組み合わせて代替電力源を使用可能であるし、1つの電力システムに複数の代替電力源を組み合わせることもできる。これら代替動力源は、概して、その直流出力を交流電流(AC)に変換した後に組み合わされる。このため、代替動力源の同期が必要である。   The power system is used to supply power to one or more loads such as buildings, appliances, lighting, tools, air conditioners, heating units, factory machinery, power storage units, computers, security systems, and the like. The electricity used to power the load is often received from the distribution network. However, the electricity for the load can also be supplied via alternative power sources such as fuel cells, solar cell arrays, wind turbines, thermoelectric devices, batteries. Alternative power sources can be used in combination with the electrical grid, and multiple alternative power sources can be combined in one power system. These alternative power sources are generally combined after converting their DC output to alternating current (AC). For this reason, synchronization of alternative power sources is necessary.

更に、多くの代替電力源は、補助電力を送出するポンプ及びブロア等の機械を使用する。これらポンプ及びブロア用のモータは、典型的には、速度制御を必要とする3相交流モータである。代替電力源が直流電流(DC)を生成する場合、直流電流は、モータへの供給前に幾つかの状態の電力変換を受ける。或いは、ポンプ及びブロア等用のモータへの電力は、電気グリッド、インバータ及び可変周波数ドライブを用いて提供される。こうした構成において、インバータの2つのステージの電力変換は、交流駆動可変周波数ドライブの構成要素を駆動するための2つの追加のステージの電力変換を伴う。一般に、行われる各電力変換ステージは、システムのコストを上昇させ、システムを複雑化し、システムの効率を低下させる。   In addition, many alternative power sources use machines such as pumps and blowers that deliver auxiliary power. These pump and blower motors are typically three-phase AC motors that require speed control. If the alternative power source generates direct current (DC), the direct current undergoes several states of power conversion before being supplied to the motor. Alternatively, power to motors such as pumps and blowers is provided using electrical grids, inverters and variable frequency drives. In such a configuration, power conversion of the two stages of the inverter involves power conversion of two additional stages to drive the components of the AC driven variable frequency drive. In general, each power conversion stage performed increases the cost of the system, complicates the system, and reduces the efficiency of the system.

グリッドと連係していたり連係していなかったりする燃料電池ジェネレータであって、グリッドとの連係なしで互いに並列な燃料電池ジェネレータ等の個別の分散型ジェネレータの作動には、電流源から電圧源への切替が許容されなければならない点で課題がある。更に、多くのグリッド独立ジェネレータの並列制御が課題である。   For operation of individual distributed generators, such as fuel cell generators that are linked or not linked to the grid and that are parallel to each other without linkage to the grid, the current source to the voltage source There is a problem in that switching must be allowed. Furthermore, parallel control of many grid independent generators is an issue.

モード・モード切替の課題に対処するために、二重インバータ構成が利用される。これは、第1のインバータがグリッド連係で使用され、第2のインバータが自立負荷と共に使用されることを可能にする。固体酸化物燃料電池(SOFC)の入出力モジュールの内部に配置された負荷専用インバータを備えた例示的な二重インバータ構成が米国特許出願出願第12/148,488(2008年5月2日出願:発明の名称「無停電燃料電池システム」)に記載されており、その開示内容は、あらゆる目的のためにその全体が本明細書に組み込まれる。   A dual inverter configuration is used to address the mode / mode switching challenge. This allows the first inverter to be used in a grid linkage and the second inverter to be used with a free standing load. An exemplary dual inverter configuration with a load-only inverter located within a solid oxide fuel cell (SOFC) input / output module is disclosed in US patent application Ser. No. 12 / 148,488 (filed May 2, 2008). : The title of the invention “Uninterruptible Fuel Cell System”), the disclosure of which is incorporated herein in its entirety for all purposes.

別のアプローチは、5〜10サイクルで電力を切ってモードを切り替えるものである。1つのインバータが使用される場合、グリッド連係を切って電圧モード制御を確立するためには、5〜10サイクルの時間が必要である。   Another approach is to switch modes by turning off power in 5-10 cycles. If one inverter is used, it takes 5-10 cycles to disconnect the grid linkage and establish voltage mode control.

更に別のアプローチは、周波数ドループを用いてグリッド連係送出又は負荷自立出力制御における共有電力量を制御するものである。   Yet another approach is to use frequency droop to control the amount of shared power in grid-coupled transmission or load independent output control.

米国特許第7,705,490号明細書US Pat. No. 7,705,490 米国特許第7,713,649号明細書US Pat. No. 7,713,649

実施形態は、出力電力を生成するように構成された少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを有する発電システムと、前記少なくとも1つのパワーモジュールとグリッドとの間に電気的に結合された少なくとも1つの電力調整構成要素を有する少なくとも1つの第1出力モジュールと、前記少なくとも1つのパワーモジュールが前記少なくとも1つの第1出力モジュールを介して負荷のA側給電部に電力を供給するように構成されるように負荷のA側給電部にグリッドを電気的に接続する第1バスと、前記少なくとも1つのパワーモジュールと負荷のB側給電部との間に電気的に結合された少なくとも1つの電力調整構成要素を有する少なくとも1つの第2出力モジュールと、を具備する。   Embodiments are electrically coupled between a power generation system having at least one power module having at least one fuel cell segment configured to generate output power, and between the at least one power module and a grid. At least one first output module having at least one power conditioning component, and so that the at least one power module supplies power to the A-side power supply of the load via the at least one first output module. A first bus that electrically connects the grid to the A-side power feed of the load, and at least one electrically coupled between the at least one power module and the B-side power feed of the load And at least one second output module having a power conditioning component.

更なる実施形態は、出力電力を生成する少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを有する発電システムと、少なくとも1つのDC/ACインバータ及び前記少なくとも1つのパワーモジュールと負荷の直接直流給電部との間に電気的に結合された少なくとも1つのDC/DCコンバータを有する少なくとも1つの無停電パワーモジュールと、前記少なくとも1つのパワーモジュールと前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールとを電気的に接続するDC入力バスと、前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールと負荷とを電気的に接続するDC出力バスと、を有する。少なくとも1つのパワーモジュールにより生成された出力電力の少なくとも一部は、DC入力バスを介して少なくとも1つの無停電パワーモジュールに第1電圧で提供されると共に、少なくとも1つの無停電パワーモジュールからDC出力バスを介して負荷に前記第1電圧とは異なる第2電圧で提供される。   Further embodiments include a power generation system having at least one power module having at least one fuel cell segment that generates output power, at least one DC / AC inverter and direct DC power feeding of the at least one power module and load. At least one uninterruptible power module having at least one DC / DC converter electrically coupled between the at least one power module and the at least one uninterruptible power module And a DC output bus for electrically connecting the at least one uninterruptible power module and a load. At least a portion of the output power generated by the at least one power module is provided at a first voltage to the at least one uninterruptible power module via the DC input bus and the DC output from the at least one uninterruptible power module. A second voltage different from the first voltage is provided to the load via the bus.

更なる実施形態は、負荷に電力を供給する方法であって、少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを用いて出力電力を生成するステップと、出力電力の第1部分をグリッドを介して負荷のA側給電部に提供するステップと、出力電力の第2部分を負荷のB側給電部に提供するステップと、を具備する、方法を含む。   A further embodiment is a method of supplying power to a load, comprising generating output power using at least one power module having at least one fuel cell segment; And providing to the A-side power supply unit of the load via, and providing a second portion of the output power to the B-side power supply unit of the load.

更に別の実施形態は、負荷に電力を提供する方法であって、少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを用いて出力電力を生成するステップと、グリッドに出力電力の第1部分を提供するステップと、第1電圧から第2電圧に出力電力を変換するDC/DCコンバータに出力電力の第2部分を提供するステップと、負荷に出力電力を第2電圧で提供するステップと、を具備する、方法を含む。   Yet another embodiment is a method of providing power to a load, the method comprising: generating output power using at least one power module having at least one fuel cell segment; and a first portion of output power in a grid. Providing a second portion of the output power to a DC / DC converter that converts the output power from the first voltage to the second voltage; providing the output power to the load at the second voltage; Comprising a method.

図1Aは1つの実施形態に係るシステムを示したブロック図である。FIG. 1A is a block diagram illustrating a system according to one embodiment. 図1Bは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1B shows the system of FIG. 1A in an operating mode. 図1Cは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1C shows the system of FIG. 1A in an operating mode. 図1Dは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1D shows the system of FIG. 1A in one mode of operation. 図1Eは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1E shows the system of FIG. 1A in an operating mode. 図1Fは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1F shows the system of FIG. 1A in one mode of operation. 図1Gは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1G shows the system of FIG. 1A in one mode of operation. 図1Hは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1H shows the system of FIG. 1A in one mode of operation. 図1Iは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1I shows the system of FIG. 1A in one mode of operation. 図1Jは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1J shows the system of FIG. 1A in an operating mode. 図1Kは或る作動モードにある図1Aのシステムを示している。FIG. 1K shows the system of FIG. 1A in an operating mode. 図2は1つの実施形態に係るDCマイクログリッドを示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a DC microgrid according to one embodiment. 図3は1つの実施形態に係るDCマイクログリッドを示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a DC microgrid according to one embodiment. 図4は1つの実施形態に係る「双方向」作動用に構成されたインバータを有するIOMを示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating an IOM having an inverter configured for “bidirectional” operation according to one embodiment. 図5は1つの実施形態に係るデュアルモード機能用に構成されたインバータを有するIOMを示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram illustrating an IOM having an inverter configured for a dual mode function according to one embodiment. 図6Aは1つの実施形態に係る電気自動車(EV)充電ステーションに電力を供給するための図1に示したタイプのシステムの或る作動モードを示している。FIG. 6A illustrates certain modes of operation of a system of the type shown in FIG. 1 for supplying power to an electric vehicle (EV) charging station according to one embodiment. 図6Bは1つの実施形態に係る電気自動車(EV)充電ステーションに電力を供給するための図1に示したタイプのシステムの或る作動モードを示している。FIG. 6B illustrates one mode of operation of a system of the type shown in FIG. 1 for supplying power to an electric vehicle (EV) charging station according to one embodiment. 図6Cは1つの実施形態に係る電気自動車(EV)充電ステーションに電力を供給するための図1に示したタイプのシステムの或る作動モードを示している。FIG. 6C illustrates one mode of operation of a system of the type shown in FIG. 1 for powering an electric vehicle (EV) charging station according to one embodiment. 図6Dは1つの実施形態に係る電気自動車(EV)充電ステーションに電力を供給するための図1に示したタイプのシステムの或る作動モードを示している。FIG. 6D illustrates one mode of operation of a system of the type shown in FIG. 1 for powering an electric vehicle (EV) charging station according to one embodiment. 図6Eは1つの実施形態に係る電気自動車(EV)充電ステーションに電力を供給するための図1に示したタイプのシステムの或る作動モードを示している。FIG. 6E illustrates one mode of operation of a system of the type shown in FIG. 1 for powering an electric vehicle (EV) charging station according to one embodiment. 図7Aは「A」側給電部と「B」側給電部とを有するデータセンター負荷に電力を供給するためのシステムの実施形態を示すブロック図である。FIG. 7A is a block diagram illustrating an embodiment of a system for supplying power to a data center load having an “A” -side power supply and a “B” -side power supply. 図7Bは「A」側給電部と「B」側給電部とを有するデータセンター負荷に電力を供給するためのシステムの実施形態を示すブロック図である。FIG. 7B is a block diagram illustrating an embodiment of a system for supplying power to a data center load having an “A” side power supply and a “B” side power supply. 図8は医療施設に電力を供給するためのシステムの実施形態を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram illustrating an embodiment of a system for supplying power to a medical facility. 図9は医療施設に電力を供給するためのシステムの更なる実施形態を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a further embodiment of a system for supplying power to a medical facility. 図10Aは交流負荷に直流給電を提供するためのシステムの実施形態を示すブロック図である。FIG. 10A is a block diagram illustrating an embodiment of a system for providing DC power to an AC load. 図10Bは交流負荷に直流給電を提供するためのシステムの実施形態を示すブロック図である。FIG. 10B is a block diagram illustrating an embodiment of a system for providing DC power to an AC load. 図11は分散型ジェネレータパワーモジュール及びマイクロタービンを用いて負荷に電力を供給するためのシステムの実施形態を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating an embodiment of a system for supplying power to a load using a distributed generator power module and a microturbine.

図1を参照すると、1つの実施形態に係る燃料電池システムは、1つの無停電パワーモジュール(UPM)102と、1つの入出力モジュール(IOM)104と、1つ以上のパワーモジュール106と、を有する。2つ以上のパワーモジュール106、例えば、6〜10のパワーモジュール106がある場合、各パワーモジュールは、それ自身のハウジングを有する。各ハウジングは、キャビネット或いは他のタイプの完全又は部分エンクロージャー、例えば、2009年7月8日に出願され全ての内容が本明細書に組み込まれる米国特許出願番号第12/458,355に記載されたキャビネットを有する。複数のパワーモジュールが1つ以上の行をなし或いは他の構成で配置されてもよい。   Referring to FIG. 1, a fuel cell system according to one embodiment includes an uninterruptible power module (UPM) 102, an input / output module (IOM) 104, and one or more power modules 106. Have. Where there are two or more power modules 106, for example 6-10 power modules 106, each power module has its own housing. Each housing is described in a cabinet or other type of complete or partial enclosure, eg, US patent application Ser. No. 12 / 458,355, filed Jul. 8, 2009, the entire contents of which are incorporated herein. Has a cabinet. Multiple power modules may be arranged in one or more rows or in other configurations.

UPM102は、少なくとも1つのDC/ACインバータ102Aを有する。所望により、インバータアレイを用いてもよい。当該技術分野において公知の適切なインバータを用いることができる。UPM102は、必要に応じて、パワーモジュール106からのDCバス112の出力と少なくとも1つのインバータ102Aの入力とに接続される入力ダイオード102B等の入力整流器を有する。又、UPMは、必要に応じて、ユーティリティグリッド等の電力グリッド114の出力と少なくとも1つのインバータ102Aの入力とに接続される昇圧型PFC整流器102Cを有する。   The UPM 102 has at least one DC / AC inverter 102A. If desired, an inverter array may be used. Any suitable inverter known in the art can be used. The UPM 102 has an input rectifier, such as an input diode 102B, connected to the output of the DC bus 112 from the power module 106 and the input of at least one inverter 102A as needed. Further, the UPM has a step-up PFC rectifier 102C connected to the output of a power grid 114 such as a utility grid and the input of at least one inverter 102A as necessary.

IOM104は、1つ以上の電力調整構成要素を有する。電力調整構成要素は、直流電力を交流電力に変換する要素、例えば、DC/ACインバータ104A等(例えば、全ての内容が本明細書に含まれる特許文献1に記載のDC/ACインバータ)と、グリッドに出力される交流電力用の電気コネクタと、電気的過渡を管理するための回路と、システムコントローラ(例えば、コンピュータ又は専用の制御ロジック装置又は回路等)と、を有する。電力調整構成要素は、燃料電池モジュールからの直流電力を様々な交流電圧及び周波数に変換するように設計されている。208Vで且つ60Hz、480Vで且つ60Hz、415Vで且つ50Hz及び他の一般的な電圧で且つ周波数用の設計が提供される。   The IOM 104 has one or more power adjustment components. The power adjustment component is an element that converts DC power into AC power, for example, a DC / AC inverter 104A or the like (for example, a DC / AC inverter described in Patent Document 1 in which all contents are included in the present specification), and It has an electrical connector for AC power output to the grid, a circuit for managing electrical transients, and a system controller (for example, a computer or a dedicated control logic device or circuit). The power conditioning component is designed to convert DC power from the fuel cell module into various AC voltages and frequencies. Designs for 208V and 60Hz, 480V and 60Hz, 415V and 50Hz and other common voltage and frequency are provided.

各パワーモジュール106のキャビネットは、1つ以上のホットボックスを収容するように構成されている。各ホットボックスは、導電インターコネクトプレートにより分離されたセラミック酸化物電解質を有する固体酸化物燃料電池の1つ以上のスタック又は列等の燃料電池106Aの1つ以上のスタック又は列(一般に「セグメント」と呼ばれる)を有する。PEM、溶融炭酸塩、リン酸等の他のタイプの燃料電池が使用されてもよい。   The cabinet of each power module 106 is configured to accommodate one or more hot boxes. Each hot box has one or more stacks or rows (generally “segments”) of fuel cells 106A, such as one or more stacks or rows of solid oxide fuel cells having ceramic oxide electrolyte separated by conductive interconnect plates. Called). Other types of fuel cells such as PEM, molten carbonate, phosphoric acid may be used.

多くの場合、燃料電池は、「スタック」と呼ばれるユニットとして組み合わされ、このスタック内において、燃料電池が電気的に直列に接続され且つインターコネクトとして機能するガスセパレータプレート等の導電インターコネクトにより分離されている。燃料電池スタックは、両端に導電性エンドプレートを有する。燃料電池スタックは、汎用の場合、直列に接続された1つ以上の燃料電池スタック(例えば、1つの燃料電池スタックのエンドプレートが次の燃料電池スタックのエンドプレートに電気的に接続されている)を有するいわゆる燃料電池セグメント又は列である。この燃料電池セグメント又は列は、当該燃料電池セグメント又は列から電力調整システムに直流電流を出力する電気リード線を有する。燃料電池システムは、それぞれが固体酸化物燃料電池スタック等の1つ以上の燃料電池スタックを有する1つ以上の燃料電池列を有する。   In many cases, fuel cells are combined as units called “stacks”, in which fuel cells are electrically connected in series and separated by a conductive interconnect such as a gas separator plate that functions as an interconnect. . The fuel cell stack has conductive end plates at both ends. When the fuel cell stack is general-purpose, one or more fuel cell stacks connected in series (eg, one fuel cell stack end plate is electrically connected to the next fuel cell stack end plate) So-called fuel cell segments or rows. The fuel cell segment or row has an electrical lead that outputs a direct current from the fuel cell segment or row to the power conditioning system. The fuel cell system has one or more fuel cell rows, each having one or more fuel cell stacks, such as solid oxide fuel cell stacks.

燃料電池スタックは、燃料について内部において通路が取り回され且つ空気について外部において通路が取り回されており、本明細書に全ての記載内容が含まれる特許文献2に記載されているように、燃料吸入及び排気ライザのみが燃料セル層の開口及び/又は燃料電池間のインターコネクトプレートの開口を通って延在する。燃料電池は、直交フロー構成(空気の流れと燃料の流れとが各燃料電池の電解質の両側において互いに略直交している構成)、逆方向平行フロー構成(空気の流れと燃料の流れとが各燃料電池の電解質の両側において反対方向に互いに略平行である)、又は、同一方向平行フロー構成(空気流及び燃料流が各燃料電池の電解質の両側において同一方向に互いに略平行である)を有する。   The fuel cell stack has a passage around the inside of the fuel and a passage around the outside of the air. As described in Patent Document 2 in which all the description is included, Only the intake and exhaust risers extend through the openings in the fuel cell layer and / or the interconnect plates between the fuel cells. The fuel cell has an orthogonal flow configuration (a configuration in which the air flow and the fuel flow are substantially orthogonal to each other on both sides of the electrolyte of each fuel cell), and an opposite parallel flow configuration (the air flow and the fuel flow are Have opposite parallel directions on both sides of the fuel cell electrolyte) or the same direction parallel flow configuration (air flow and fuel flow are substantially parallel to each other in the same direction on each fuel cell electrolyte) .

パワーモジュールは、太陽電池、風力タービン、地熱又は水力発電機等の直流電流の他のジェネレータを有していてもよい。   The power module may have other generators of direct current such as solar cells, wind turbines, geothermal or hydroelectric generators.

燃料電池セグメント106Aは、パワーモジュール106に配置された1つ以上のDC/DCコンバータ106BによりスプリットDCバス等のDCバス112に接続されている。DC/DCコンバータ106Bは、パワーモジュール106ではなく、IOM104に配置されていてもよい。   The fuel cell segment 106A is connected to a DC bus 112 such as a split DC bus by one or more DC / DC converters 106B arranged in the power module 106. The DC / DC converter 106B may be arranged in the IOM 104 instead of the power module 106.

パワーモジュール106は、必要に応じて、複数のスーパーキャパシタの束又は複数のバッテリの束等のエネルギ蓄積装置106Cを有する。エネルギ蓄積装置106Cは、1つ以上のDC/DCコンバータ106Dを用いてDCバス112に接続されている。   The power module 106 includes an energy storage device 106C such as a plurality of supercapacitor bundles or a plurality of battery bundles as necessary. The energy storage device 106C is connected to the DC bus 112 using one or more DC / DC converters 106D.

UPM102は、DCバス112を介して入出力モジュール(IOM)104に接続される。DCバスは、パワーモジュール106から電力を受け取る。   The UPM 102 is connected to an input / output module (IOM) 104 via a DC bus 112. The DC bus receives power from the power module 106.

燃料電池システム及びグリッド114は、制御ロジックユニット110を用いて負荷108に電気的に接続されている。負荷は、1つ以上の建物、電気器具、照明、ツール、空調、暖房ユニット、工場設備機械、蓄電ユニット、コンピュータ、セキュリティシステム等の交流電力を使用する適切な負荷である。制御ロジックユニットは、スイッチ110Aと、コンピュータ、ロジック回路又は専用コントローラデバイス等の制御ロジック110Bと有する。スイッチは、例えば、電気式スイッチ(例えば、スイッチング回路)又はリレー等の電気機械式スイッチである。   The fuel cell system and grid 114 are electrically connected to the load 108 using the control logic unit 110. The load is an appropriate load that uses AC power, such as one or more buildings, appliances, lighting, tools, air conditioning, heating units, factory equipment machines, power storage units, computers, security systems, and the like. The control logic unit includes a switch 110A and a control logic 110B such as a computer, a logic circuit, or a dedicated controller device. The switch is, for example, an electric switch (for example, a switching circuit) or an electromechanical switch such as a relay.

制御ロジック110Bは、スイッチ110Aを用いてグリッド114又はUPM102から負荷108に電力を送る。パワーモジュール106の少なくとも1つのエネルギ蓄積装置106C及び燃料電池セグメント106Aは、IOMの少なくとも1つの第1インバータ104A及びUPM102の少なくとも1つの第2インバータ102Aに電気的に並列に接続されている。少なくとも1つの第1インバータ104Aは、スイッチ110Aを第1位置として用いて電気グリッド114を介して負荷108に電気的に接続される。米国特許出願第12/148,488号(2008年5月2日出願:発明の名称「無停電燃料電池システム」)に示されている回路とは対照的に、図1Aの電気グリッド114は、双方向インバータではなく、制御ロジックユニット110を介して負荷108に直接接続される。少なくとも1つの第2インバータ102Aは、電気グリッド114を用いずに、スイッチ110Aを第2位置として用いて負荷108に電気的に接続される(即ち、燃料電池セグメント106Aの出力は、グリッド114を通って負荷108に到達する必要はない)。   The control logic 110B sends power from the grid 114 or UPM 102 to the load 108 using the switch 110A. At least one energy storage device 106C and fuel cell segment 106A of the power module 106 are electrically connected in parallel to at least one first inverter 104A of the IOM and at least one second inverter 102A of the UPM 102. At least one first inverter 104A is electrically connected to load 108 via electrical grid 114 using switch 110A as the first position. In contrast to the circuit shown in US patent application Ser. No. 12 / 148,488 (filed May 2, 2008: title “Uninterruptible Fuel Cell System”), the electrical grid 114 of FIG. Instead of a bidirectional inverter, it is directly connected to the load 108 via the control logic unit 110. The at least one second inverter 102A is electrically connected to the load 108 using the switch 110A as the second position without using the electrical grid 114 (ie, the output of the fuel cell segment 106A is routed through the grid 114). It is not necessary to reach the load 108).

従って、制御ロジック110Bは、電気グリッド114(又は、電気グリッドを介して燃料電池セグメント106A)から負荷に電力を供給するか、或いは、少なくとも1つの第2インバータ102Aを介して負荷に電力を提供するかを選択する。制御ロジック110Bは、パワーモジュールの状態を判断し、後述するように、パワーモジュールの状態に基づき負荷108に電力を供給するための供給源を選択する。   Accordingly, the control logic 110B supplies power to the load from the electrical grid 114 (or fuel cell segment 106A via the electrical grid) or provides power to the load via at least one second inverter 102A. Select. The control logic 110B determines the state of the power module, and selects a supply source for supplying power to the load 108 based on the state of the power module, as will be described later.

第2スイッチ116は、IOM104とグリッド114との間の電気的な接続を制御する。第2スイッチ116は、制御ロジック110B又は別のシステムコントローラにより制御される。   The second switch 116 controls the electrical connection between the IOM 104 and the grid 114. The second switch 116 is controlled by the control logic 110B or another system controller.

限定の目的ではなく例示の目的であるが、システムは以下の電気経路を含む。
・交流グリッド114から負荷108への経路。
・交流グリッド114からIOM104を介したパワーモジュール106のエネルギ蓄積素子106C(例えば、スーパーキャパシタ又はバッテリ)への経路。
・パワーモジュール106のエネルギ蓄積素子106CからDCバス112を介したIOM104及びUPM102への並列な経路。DCバスは、UPM102のインバータに直流を運ぶ。UPM102のインバータ102A又はIOM104のインバータ104Aは、スイッチ110Aの位置に応じて負荷108に交流電力を送る。
・パワーモジュール106(このパワーモジュールは当該パワーモジュール106のエネルギ蓄積素子106C及び/又は燃料電池セグメント106Aからの電力を有する)からDCバス112を介したIOM104及びUPM102への経路。DCバスは、UPM102のインバータに直流電圧を運ぶ。UPM102のインバータ102Aは、負荷108に交流電力を送る。負荷108に必要な電力を超える電力は、IOM104のインバータ104Aを介して交流グリッドに送られる。交流グリッド114に送られる電力量は、負荷108の要求に応じて変化する。負荷108に必要とされる電力量がパワーモジュール106により提供される電力を超える場合、追加の電力需要は、第1位置にあるスイッチ110Aを介して交流グリッド114により負荷108に直接供給されることにより、或いは、スイッチ110Aが第2位置にある状態においてUPM102により満たされる。交流グリッドの電力は、UPM102の整流器102Cにおいて整流され、UPM102のインバータ102Aに提供され、負荷108に電力を供給するために交流に戻される。
For purposes of illustration and not limitation, the system includes the following electrical paths:
A route from the AC grid 114 to the load 108.
A path from the AC grid 114 to the energy storage element 106C (eg, super capacitor or battery) of the power module 106 via the IOM 104.
A parallel path from the energy storage element 106C of the power module 106 to the IOM 104 and the UPM 102 via the DC bus 112. The DC bus carries direct current to the UPM 102 inverter. The inverter 102A of the UPM 102 or the inverter 104A of the IOM 104 sends AC power to the load 108 according to the position of the switch 110A.
A path from the power module 106 (which has power from the energy storage element 106C and / or fuel cell segment 106A of the power module 106) to the IOM 104 and UPM 102 via the DC bus 112. The DC bus carries a DC voltage to the UPM 102 inverter. The inverter 102 </ b> A of the UPM 102 sends AC power to the load 108. Power exceeding the power required for the load 108 is sent to the AC grid via the inverter 104A of the IOM 104. The amount of power sent to the AC grid 114 varies according to the demand of the load 108. If the amount of power required for the load 108 exceeds the power provided by the power module 106, additional power demand is supplied directly to the load 108 by the AC grid 114 via the switch 110A in the first position. Alternatively, the UPM 102 is filled with the switch 110A in the second position. The AC grid power is rectified in the rectifier 102C of the UPM 102, provided to the inverter 102A of the UPM 102, and returned to the AC to supply power to the load 108.

図1B〜図1Kは、図1Aに示したシステムの種々の作動モードを示している。以下に説明する実施形態は、100kWの電力を必要とする負荷108、及び、定常状態において200kWの電力を出力する燃料電池セグメント106Aを例としているが、これら値は単なる例示であり、他の適切な負荷及び電力出力値が用いられてもよい。   1B-1K illustrate various modes of operation of the system shown in FIG. 1A. Although the embodiment described below exemplifies the load 108 that requires 100 kW of power and the fuel cell segment 106A that outputs 200 kW of power in a steady state, these values are merely examples, and other appropriate Load and power output values may be used.

図1Bは、システムのインストール中、及び/又は、負荷108がグリッド114から電力を受け取っている間におけるシステムの作動を示している。同図に示したように、燃料電池セグメント106A及びエネルギ蓄積装置106Cはオフ状態にあり、IOM104のインバータ104A及びUPMのインバータ102Aは両方ともオフ状態にあり、第2スイッチ116は開いており、IOMとグリッドとの間には、電気的な接続状態は形成されていない。制御ロジックスイッチ110Aは、第1位置にあり、制御ロジックモジュール110を介して負荷108にグリッド114から電力を提供する。同図に示したように、100kWの電力は、制御ロジックモジュールを介して負荷にグリッドから提供される。   FIG. 1B illustrates system operation during system installation and / or while load 108 is receiving power from grid 114. As shown in the figure, the fuel cell segment 106A and the energy storage device 106C are in the off state, the inverter 104A of the IOM 104 and the inverter 102A of the UPM are both in the off state, the second switch 116 is open, and the IOM There is no electrical connection between the grid and the grid. The control logic switch 110A is in the first position and provides power from the grid 114 to the load 108 via the control logic module 110. As shown in the figure, 100 kW of power is provided from the grid to the load via the control logic module.

図1Cは、IOMが起動され、負荷108がグリッド114から電力を受け取りつつグリッド114からエネルギ蓄積装置(例えば、スーパーキャパシタの束)106Cへの充電中におけるシステムの作動を示している。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cがオン状態にある間、燃料電池セグメント106Aはオフ状態にある。IOM104の双方向インバータ104Aは、オン状態にあり、UPMのインバータ102Aは、オフ状態にある。第2スイッチ116は閉じられており、IOMとグリッドとの間が電気的に繋がっており、IOM104のインバータ104A及びDCバス112を介してエネルギ蓄積装置106Cにグリッド114から電力が提供されている。制御ロジックスイッチ110Aは、第1位置にあり、制御ロジックモジュール110を介して負荷108にグリッド114から電力を提供している。同図に示したように、100kWの電力は、グリッドから制御ロジックモジュールを介して負荷に提供される。   FIG. 1C illustrates the operation of the system during charging of the energy storage device (eg, supercapacitor bundle) 106C from the grid 114 while the IOM is activated and the load 108 is receiving power from the grid 114. As shown in the figure, while the energy storage device 106C is in the on state, the fuel cell segment 106A is in the off state. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is in an on state, and the inverter 102A of the UPM is in an off state. The second switch 116 is closed, and the IOM and the grid are electrically connected, and power is supplied from the grid 114 to the energy storage device 106C via the inverter 104A and the DC bus 112 of the IOM 104. The control logic switch 110A is in the first position and provides power from the grid 114 to the load 108 via the control logic module 110. As shown in the figure, 100 kW of power is provided from the grid to the load via the control logic module.

図1Dは、IOMの起動に続くUPMの起動中のシステムの作動を示している。UPMは、エネルギ蓄積装置106Cから電力を受け取ることにより機能する。UPMは、エネルギ蓄積装置106Cからの電力を負荷108に供給する。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cがオン状態にある間、燃料電池セグメント106Aは、オフ状態にある。IOM104の双方向インバータ104Aはオン状態にあり、UPMのインバータ102Aもオン状態にある。第2スイッチ116は閉じられており、IOMとグリッドとの間に電気的な接続状態が形成されている。制御ロジックスイッチ110Aは、第2位置にあり、UPM102から制御ロジックモジュール110を介して負荷108に電力を提供している。同図に示したように、100kWの電力は、グリッド114からUPM102の整流器102C及びインバータ102Aを通り、次いで、制御ロジックモジュールを通って負荷108に提供される。一部の電力がエネルギ蓄積装置106CからDCバス112、UPM102及び制御ロジックモジュールを介して負荷108に供給されてもよい。   FIG. 1D illustrates the operation of the system during UPM activation following IOM activation. The UPM functions by receiving power from the energy storage device 106C. The UPM supplies power from the energy storage device 106C to the load 108. As shown in the figure, while the energy storage device 106C is in the on state, the fuel cell segment 106A is in the off state. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is in an ON state, and the UPM inverter 102A is also in an ON state. The second switch 116 is closed, and an electrical connection state is formed between the IOM and the grid. The control logic switch 110 </ b> A is in the second position and provides power to the load 108 from the UPM 102 via the control logic module 110. As shown in the figure, 100 kW of power is provided from the grid 114 through the rectifier 102C and inverter 102A of the UPM 102, and then to the load 108 through the control logic module. Some power may be supplied from the energy storage device 106C to the load 108 via the DC bus 112, the UPM 102, and the control logic module.

図1Eは、システムの定常状態作動を示している。このモードにおいては、燃料電池セグメント106Aは、オン状態にあり、負荷108に電力を供給する。燃料電池セグメント106Aは、定常状態モードにおいては、200kWの電力(この電力は所定電力出力又は最大出力である)を提供する。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cは、オン状態にあり、緊急時のバックアップ電力源として働く。IOM104の双方向インバータ104Aはオン状態にあり、UPMのインバータ102Aもオン状態にある。200kWの電力出力は、グリッド114と負荷108とに分割される。第2スイッチ116は閉じられており、IOMとグリッドとの間に電気的な接続状態が形成されており、燃料電池セグメント106Aからグリッドに100kWの電力が提供されている。制御ロジックスイッチ110Aは、第2位置にあり、パワーモジュール106の燃料電池セグメント106AからIOM104を通るDCバスを通り、次いで、UPM102のインバータ102Aを通り、次いで、制御ロジックモジュール110を通り、負荷108に残りの100kWの電力を提供している。この100kWの電力がIOMインバータ104A及び/又はグリッド114を介して負荷108に達しないことが好ましい。グリッドと負荷との間で50対50に分割される200kWの電力出力の場合を説明したが、必要に応じて、例えば、グリッドと負荷との間で10対90〜90対10で分割される25kW〜1000kW等の様々な電力出力を用いることができる。   FIG. 1E shows the steady state operation of the system. In this mode, the fuel cell segment 106A is in the on state and supplies power to the load 108. The fuel cell segment 106A provides 200 kW of power (this power is a predetermined power output or maximum output) in the steady state mode. As shown in the figure, the energy storage device 106C is in an on state and functions as a backup power source in an emergency. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is in an ON state, and the UPM inverter 102A is also in an ON state. The 200 kW power output is divided into a grid 114 and a load 108. The second switch 116 is closed, an electrical connection is formed between the IOM and the grid, and 100 kW of power is provided from the fuel cell segment 106A to the grid. The control logic switch 110A is in the second position, passes from the fuel cell segment 106A of the power module 106 through the DC bus through the IOM 104, then through the inverter 102A of the UPM 102, then through the control logic module 110, to the load 108. The remaining 100 kW of power is provided. The 100 kW power preferably does not reach the load 108 via the IOM inverter 104A and / or the grid 114. The case of a 200 kW power output divided 50 to 50 between the grid and the load has been described, but for example, 10 to 90 to 90 to 10 is divided between the grid and the load as necessary. Various power outputs such as 25 kW to 1000 kW can be used.

図1Fは、比較的定常な負荷108が100kWから150kWに増大する間(即ち、負荷が従来の定常状態での作動よりも多くの電力を必要とするとき)におけるシステムの作動を示している。このモードにおいては、燃料電池セグメントの電力出力の多くが負荷に提供され、グリッドには、上記定常状態モードに比べて少ない電力出力が提供される。所望により、電力出力の100%が負荷に提供され、電力出力の0%がグリッドに提供されてもよい。燃料電池セグメント106Aは、オン状態にあり、負荷108に電力を供給している。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cも、オン状態にあり、緊急時のバックアップ電力源として働く。IOM104の双方向インバータ104Aはオン状態にあり、UPMインバータ102Aもオン状態にある。第2スイッチ116は閉じられており、IOMとグリッドとの間に電気的な接続状態が形成されており、燃料電池セグメント106AからIOMインバータ104Aを介してグリッド114に50kWの電力が提供されている。制御ロジックスイッチ110Aは第2位置にあり、パワーモジュール106の燃料電池セグメント106AからIOM104を通るDCバスを通り、次いで、UPM102のインバータ102Aを通り、次いで、制御ロジックモジュール110を通り、150kWの電力が負荷108に提供されている。従って、このモードにおいて、燃料電池セグメント106Aの電力出力は、好ましくは、グリッドと負荷とに分割されている。電力がIOMインバータ104A及び/又はグリッド114を介して負荷108には到達しないことが好ましい。   FIG. 1F illustrates the operation of the system while the relatively steady load 108 increases from 100 kW to 150 kW (ie, when the load requires more power than conventional steady state operation). In this mode, much of the power output of the fuel cell segment is provided to the load, and the grid is provided with less power output compared to the steady state mode. If desired, 100% of the power output may be provided to the load and 0% of the power output may be provided to the grid. The fuel cell segment 106 </ b> A is in the on state and supplies power to the load 108. As shown in the figure, the energy storage device 106C is also in an on state and functions as a backup power source in an emergency. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is on, and the UPM inverter 102A is also on. The second switch 116 is closed and an electrical connection state is formed between the IOM and the grid, and 50 kW of power is provided from the fuel cell segment 106A to the grid 114 via the IOM inverter 104A. . The control logic switch 110A is in the second position and passes from the fuel cell segment 106A of the power module 106 through the DC bus through the IOM 104, then through the inverter 102A of the UPM 102, and then through the control logic module 110, with 150 kW of power. Provided to load 108. Therefore, in this mode, the power output of the fuel cell segment 106A is preferably divided into a grid and a load. Preferably, power does not reach load 108 via IOM inverter 104A and / or grid 114.

図1Gは、燃料電池セグメントがその時点において生成可能な電力よりも多い電力を必要とする負荷108の突発的なスパイク中におけるシステムの作動を示している。燃料電池セグメント106Aのみが定常状態又は最大電力モードにおいて200kWの電力を生成可能な状況においては、負荷スパイクは、例えば、100kW〜225kWである。燃料電池セグメント106Aは、オン状態にあり、負荷108に電力を供給している。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cもオン状態にあり、緊急時のバックアップ電力源として働いている。IOM104の双方向インバータ104Aもオン状態にあり、UPMインバータ102Aもオン状態にある。第2スイッチ116は閉じられており、IOMとグリッドとの間に電気的な接続状態が形成されている。しかしながら、負荷スパイクが発生しているために、燃料電池セグメント106AからIOMインバータ104Aを介してグリッド114には、電力は提供されていない。制御ロジックスイッチ110Aは第2位置にあり、パワーモジュール106の燃料電池セグメント106Aとグリッド114とから、IOM104を通るDCバスを通り、次いで、UPM102のインバータ102Aを通り、次いで、制御ロジックモジュール110を通り、負荷108に電力が供給されている。このモードにおいては、負荷への電力は、燃料電池セグメント及びグリッドの両方から提供される。図示したように、燃料電池セグメント106Aからの200kWの電力がDCバス112、ダイオード102B、インバータ102A、及び、スイッチ110Aを介して負荷108に提供され、25kWの電力がグリッド114から整流器102B、インバータ102A、及び、スイッチ110Aを介して負荷108に提供され、負荷に必要なトータルで225kWの電力が達成される。燃料電池セグメントからの電力がIOMインバータ104A及び/又はグリッド114を通って負荷108には到達しないことが好ましい。   FIG. 1G illustrates the operation of the system during a sudden spike of load 108 where the fuel cell segment requires more power than can be generated at that time. In situations where only fuel cell segment 106A can generate 200 kW of power in steady state or maximum power mode, the load spike is, for example, 100 kW to 225 kW. The fuel cell segment 106 </ b> A is in the on state and supplies power to the load 108. As shown in the figure, the energy storage device 106C is also in the on state and works as a backup power source in an emergency. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is also on, and the UPM inverter 102A is also on. The second switch 116 is closed, and an electrical connection state is formed between the IOM and the grid. However, due to the occurrence of load spikes, power is not provided to the grid 114 from the fuel cell segment 106A via the IOM inverter 104A. The control logic switch 110A is in the second position, from the fuel cell segment 106A of the power module 106 and the grid 114, through the DC bus through the IOM 104, then through the inverter 102A of the UPM 102, and then through the control logic module 110. The load 108 is supplied with electric power. In this mode, power to the load is provided from both the fuel cell segment and the grid. As shown, 200 kW of power from fuel cell segment 106A is provided to load 108 via DC bus 112, diode 102B, inverter 102A, and switch 110A, and 25 kW of power is provided from grid 114 to rectifier 102B and inverter 102A. , And is provided to the load 108 via the switch 110A, and a total power of 225 kW necessary for the load is achieved. Preferably, power from the fuel cell segment does not reach the load 108 through the IOM inverter 104A and / or the grid 114.

図1Hは、負荷108の突発的なスパイク後、通常又は定常状態の作動への復帰中におけるシステムの作動を示している。燃料電池セグメント106Aは、オン状態にあり、負荷108に電力を供給している。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cも、オン状態にあり、緊急時のバックアップ電力源として働いている。IOM104の双方向インバータ104Aもオン状態にあり、UPMインバータ102Aもオン状態にある。第2スイッチ116は閉じられており、IOMとグリッドとの間に電気的な接続状態が形成されている。制御ロジックスイッチ110Aは第2位置にあり、パワーモジュール106の燃料電池セグメント106AからIOM104を通るDCバスを通り、次いで、UPM102のインバータ102Aを通り、次いで、制御ロジックモジュール110を通り、負荷108に電力が提供されている。このモードにおいては、燃料電池セグメントは、負荷とグリッドとに分割される定常状態電力又は最大電力(例えば、200kWの電力)を出力し続ける。図示したように、燃料電池セグメント106Aからの200kWの電力がIOM104に提供される。IOM104は、グリッド114にIOMインバータ104Aを介して燃料電池セグメント106Aから100kWの電力を提供する。DCバス112は、IOM104からダイオード102B、インバータ102A、及び、スイッチ110Aを通り、負荷108に残りの100kWの電力を提供する。電力がIOMインバータ104A及び/又はグリッド114を通って負荷108には到達しないことが好ましい。   FIG. 1H shows the operation of the system during a return to normal or steady state operation after a sudden spike in load 108. The fuel cell segment 106 </ b> A is in the on state and supplies power to the load 108. As shown in the figure, the energy storage device 106C is also in an on state and works as a backup power source in an emergency. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is also on, and the UPM inverter 102A is also on. The second switch 116 is closed, and an electrical connection state is formed between the IOM and the grid. The control logic switch 110A is in the second position and passes from the fuel cell segment 106A of the power module 106 through the DC bus through the IOM 104, then through the inverter 102A of the UPM 102, and then through the control logic module 110 to power the load 108. Is provided. In this mode, the fuel cell segment continues to output steady state power or maximum power (eg, 200 kW power) that is divided into a load and a grid. As shown, 200 kW of power from the fuel cell segment 106A is provided to the IOM 104. The IOM 104 provides 100 kW of power from the fuel cell segment 106A to the grid 114 via the IOM inverter 104A. The DC bus 112 provides the remaining 100 kW of power from the IOM 104 through the diode 102B, the inverter 102A, and the switch 110A to the load 108. Preferably, power does not reach load 108 through IOM inverter 104A and / or grid 114.

図1Iは、グリッド114からの電力の喪失中(例えば、停電中)におけるシステムの作動を示している。燃料電池セグメント106Aは、オン状態にあり、負荷108に電力を供給している。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cは、燃料電池セグメント106Aからの電力を蓄積するため且つグリッド電力の喪失中に発生する「ステップ」を緩和するためにオン状態にある。IOM104の双方向インバータ104Aもオン状態にあり、UPMインバータ102Aもオン状態にある。第2スイッチ116は開かれており、IOMとグリッドとの間には電気的な接続状態は形成されていない。グリッド電力の喪失をセンサが検出することができ、検出されたグリッドの機能停止に反応してコントローラが第2スイッチ116を開くことができる。制御ロジックスイッチ110Aは第2位置にあり、パワーモジュール106の燃料電池セグメント106AからIOM104を通るDCバスを通り、次いで、UPM102のインバータ102Aを通り、次いで、制御ロジックモジュール110を通って負荷108に電力が提供されている。このモードにおいては、燃料電池セグメント106Aからのトータルで200kWの電力出力のうち、100kWの電力がDCバス112に提供され、100kWの電力がステップを緩和するためにエネルギ蓄積装置106Cに提供されている。DCバス112は、IOM104からダイオード102B、インバータ102A、及び、スイッチ110Aを通って負荷108に100kWの電力を提供している。燃料電池セグメント106Aの電力出力は、その後、負荷108の要求を満たすように100kWの電力まで低減される。   FIG. 1I illustrates the operation of the system during a loss of power from the grid 114 (eg, during a power failure). The fuel cell segment 106 </ b> A is in the on state and supplies power to the load 108. As shown in the figure, the energy storage device 106C is on to store power from the fuel cell segment 106A and to mitigate “steps” that occur during the loss of grid power. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is also on, and the UPM inverter 102A is also on. The second switch 116 is open and no electrical connection is formed between the IOM and the grid. The loss of grid power can be detected by the sensor and the controller can open the second switch 116 in response to the detected grid outage. The control logic switch 110A is in the second position and passes from the fuel cell segment 106A of the power module 106 through the DC bus through the IOM 104, then through the inverter 102A of the UPM 102, and then through the control logic module 110 to power the load 108. Is provided. In this mode, of the total 200 kW power output from the fuel cell segment 106A, 100 kW of power is provided to the DC bus 112 and 100 kW of power is provided to the energy storage device 106C to ease the steps. . The DC bus 112 provides 100 kW of power from the IOM 104 to the load 108 through the diode 102B, the inverter 102A, and the switch 110A. The power output of the fuel cell segment 106A is then reduced to 100 kW to meet the load 108 requirements.

図1Jは、燃料電池セグメントが負荷の定常状態における要求を満たす電力量よりも少ない電力(例えば、100kWの電力)を出力しているときにおけるグリッド114からの電力の喪失中(例えば、停電中)であって、負荷が過渡状態にある(例えば、負荷108からの電力需要が増加した)場合におけるシステムの作動を示している。燃料電池セグメント106Aは、オン状態にあり、負荷108に電力を供給している。同図に示したように、エネルギ蓄積装置106Cもオン状態にあり、負荷108に追加の電力を供給している。IOM104の双方向インバータ104Aもオン状態にあり、UPMのインバータ102Aもオン状態にある。第2スイッチ116は開かれており、IOMとグリッドとの間には電気的な接続状態は形成されていない。制御ロジックスイッチ110Aは第2位置にあり、パワーモジュール106の燃料電池セグメント106A及びエネルギ蓄積装置106CからIOM104を通るDCバスを通り、次いで、UPM102のインバータ102Aを通り、制御ロジックモジュール110を通り、負荷108に電力が提供されている。このモードにおいては、燃料電池セグメント106Aからの100kWの電力及びエネルギ蓄積装置からの50kWの電力がDCバス112に提供される。従って、DCバス112は、IOM104からダイオード102B、インバータ102A、及び、スイッチ110Aを通って負荷108に150kWの電力を提供している。電力がIOMインバータ104A及び/又はグリッド114を通って電力負荷108には到達しないことが好ましい。   FIG. 1J illustrates a loss of power from the grid 114 (eg, during a power failure) when the fuel cell segment is outputting less power (eg, 100 kW of power) than the amount of power that meets the steady state demand of the load. However, it shows the operation of the system when the load is in a transient state (eg, the power demand from the load 108 has increased). The fuel cell segment 106 </ b> A is in the on state and supplies power to the load 108. As shown in the figure, the energy storage device 106 </ b> C is also in the on state and supplies additional power to the load 108. The bidirectional inverter 104A of the IOM 104 is also in the on state, and the UPM inverter 102A is also in the on state. The second switch 116 is open and no electrical connection is formed between the IOM and the grid. The control logic switch 110A is in the second position and passes from the fuel cell segment 106A of the power module 106 and the energy storage device 106C through the DC bus through the IOM 104, then through the inverter 102A of the UPM 102, through the control logic module 110, and the load. Power is provided to 108. In this mode, 100 kW of power from fuel cell segment 106A and 50 kW of power from the energy storage device are provided to DC bus 112. Accordingly, the DC bus 112 provides 150 kW of power to the load 108 from the IOM 104 through the diode 102B, the inverter 102A, and the switch 110A. Preferably, power does not reach power load 108 through IOM inverter 104A and / or grid 114.

図1Kは、グリッド114からの電力の喪失中(例えば、停電中)であって、負荷が継続的な過渡状態にある(例えば、負荷108からの電力需要が継続的に増加している)場合におけるシステムの作動を示している。この作動は、エネルギ蓄積装置106Cの電力出力が或る時間をかけてゼロまで低減され、同じ時間をかけて燃料電池セグメントの電力出力が負荷に必要な電力(例えば、150kWの電力)まで増加されることを除いて、図1Jに示した作動と同じである。従って、必要な電力全てが燃料電池セグメントにより負荷108に供給されるまで、負荷は上記時間に亘って燃料電池セグメント106Aからの増大する電力とエネルギ蓄積装置106Cからの減少する電力とを受け取る。従って、エネルギ蓄積装置は、初期の負荷過渡中においてはブリッジ電源として機能し、その後、継続的な負荷過渡中においてその機能を徐々に弱める。   FIG. 1K illustrates when power from the grid 114 is being lost (eg, during a power failure) and the load is in a continuous transient state (eg, the power demand from the load 108 is continuously increasing). Shows the operation of the system. This operation causes the power output of the energy storage device 106C to be reduced to zero over a period of time, and over the same time the power output of the fuel cell segment is increased to the power required for the load (eg, 150 kW of power). The operation is the same as that shown in FIG. 1J. Thus, the load receives increasing power from the fuel cell segment 106A and decreasing power from the energy storage device 106C over the time period until all the required power is supplied to the load 108 by the fuel cell segment. Thus, the energy storage device functions as a bridge power supply during initial load transients and then gradually weakens its function during continuous load transients.

図2及び図3を参照すると、直流電力源1〜Nの出力は、直流出力点において互いに並列であり、DCバスが形成される。各直流電力源1〜Nは、1つ以上のパワーモジュール106及び1つの関連のIOM104を有する。直流電力源1〜Nは、1つのUPMを介して顧客負荷に電力供給する。従って、複数のパワーモジュール/IOMの対は、共通のUPMを共有する。例えば、DCバスは、1つのUPMにおいて任意の数の直流電力源(例えば、SOFC及び電力調整システム)同士を接続するDCマイクログリッドを形成する。UPM202は、SOFCシステム自体の数倍の出力を出力可能な図1Aに示した個々のUPM102の大型のアセンブリである。図2に示したように、UPM202は、個別のDCバスを備えた「N個」のUPM102(即ち、各直流電力源に1つのUPM)を有しており、各DCバスは、専用UPM102に各直流電力源を接続している。N個のUPM102は、1つのハウジング内又は別個のハウジング内に非常に近接して(例えば、並んで)に配置され、UPMアセンブリ202を形成する。   2 and 3, the outputs of the DC power sources 1 to N are parallel to each other at the DC output point, and a DC bus is formed. Each DC power source 1 -N has one or more power modules 106 and one associated IOM 104. The DC power sources 1 to N supply power to the customer load via one UPM. Thus, multiple power module / IOM pairs share a common UPM. For example, the DC bus forms a DC microgrid that connects any number of DC power sources (eg, SOFC and power conditioning system) in one UPM. The UPM 202 is a large assembly of the individual UPMs 102 shown in FIG. 1A that can output several times the output of the SOFC system itself. As shown in FIG. 2, UPM 202 has “N” UPMs 102 (ie, one UPM for each DC power source) with individual DC buses, and each DC bus is connected to a dedicated UPM 102. Each DC power source is connected. N UPMs 102 are placed in close proximity (eg, side-by-side) in one housing or in separate housings to form a UPM assembly 202.

図3に示した別の実施形態においては、小型の専用UPM102のアセンブリ202が大型の1つのUPM302によって置き換えられている。この実施形態において、UPM302は、電気蓄積装置(例えば、バッテリ又はスーパーキャパシタの束)及び/又は同期モータを有する。概して、UPMのインバータは、蓄積されたエネルギ量を増大させ且つ/或いは出力の信頼性並びに慣性を増大させるために回転機械(例えば、モータ、フライホイール等)を有する。   In another embodiment shown in FIG. 3, the small dedicated UPM 102 assembly 202 is replaced by a single large UPM 302. In this embodiment, UPM 302 includes an electrical storage device (eg, a battery or a bundle of supercapacitors) and / or a synchronous motor. In general, UPM inverters have rotating machinery (eg, motors, flywheels, etc.) to increase the amount of stored energy and / or increase output reliability and inertia.

つまり、直流電力源は、燃料電池パワーモジュール及びIOMを有する。各UPM内のインバータは、入力及び/又は出力が並列に働く1つの大型のインバータとして制御される小型のインバータのモジュール式アセンブリである。メインのIOM内のインバータが入力及び/又は出力が並列に働く1つの大型のインバータとして制御される小型のインバータのモジュール式アセンブリであってもよい。   That is, the DC power source has a fuel cell power module and an IOM. The inverter in each UPM is a modular assembly of small inverters that are controlled as one large inverter whose inputs and / or outputs work in parallel. The inverter in the main IOM may be a modular assembly of small inverters that are controlled as one large inverter whose inputs and / or outputs work in parallel.

1つの実施形態において、スタックがオフライン状態にあるときにグリッドからの給電を可能にし、これにより、負荷に保護されたバスを提供するために、UPMに整流器が提供される。グリッドへの良好な力率を維持するために昇圧コンバータが使用される。   In one embodiment, the UPM is provided with a rectifier to allow power from the grid when the stack is offline, thereby providing a load protected bus. A boost converter is used to maintain a good power factor to the grid.

別の実施形態において、3つのエネルギ入力、即ち、グリッドエネルギ、SOFCセグメントエネルギ、及び、蓄積エネルギ(例えば、ウルトラキャパシタ又はバッテリ)を有する「UPS」ユニットを形成するために、SOFCシステム又はUPM内の蓄積エネルギからの電力が使用される。   In another embodiment, in an SOFC system or UPM to form a “UPS” unit having three energy inputs: grid energy, SOFC segment energy, and stored energy (eg, ultracapacitor or battery). Power from the stored energy is used.

更に別の実施形態において、太陽光発電ハードウェア又は風力発電ハードウェア等の他の分散型ジェネレータにDCマイクログリッドが接続されている。   In yet another embodiment, the DC microgrid is connected to other distributed generators, such as photovoltaic or wind power hardware.

1つの実施形態において、DCマイクログリッドは、DCデータセンター又はDC車両充電器の負荷等の直流負荷に接続される。   In one embodiment, the DC microgrid is connected to a DC load, such as a DC data center or DC vehicle charger load.

更に別の実施形態において、IOM及びUPMが並列に働く一群のインバータから構成されている状況にある場合、これらインバータの一部又は全てについて、顧客負荷の状況に応じて電力供給が停止される。例えば、発電容量が200kWであって顧客負荷が150kWである場合、IOMのインバータは、200kWの最大のグリッド連係出力ではなく50kWの電力のみを賄うように停止される。更に、この状況においては、IOMアセンブリに実装可能なインバータの一部のみがIOMに実装され、これにより、顧客負荷の特定の状況を満たすために必要な設備に関するコストが削減される。   In yet another embodiment, when the IOM and the UPM are in a state of being composed of a group of inverters operating in parallel, the power supply is stopped for some or all of these inverters depending on the customer load situation. For example, if the power generation capacity is 200 kW and the customer load is 150 kW, the IOM inverter is stopped to cover only 50 kW of power, not the maximum grid linkage output of 200 kW. Further, in this situation, only a portion of the inverter that can be mounted on the IOM assembly is mounted on the IOM, thereby reducing the cost associated with the equipment required to meet a particular customer load situation.

図4を参照すると、1つの実施形態において、IOM404は「双方向」作動するように構成されたインバータ412を有する。このインバータは四象限作動する。グリッド連係インバータが「双方向」作動する場合、整流後の給電がUPM402に供給される必要はない。起動中のグリッドの電力は、UPM402への整流入力を介してではなく、グリッド連係インバータ412を介して到来する。本実施形態は、顧客負荷の保護のためにパワーモジュール406からも電力を供給する。   Referring to FIG. 4, in one embodiment, the IOM 404 has an inverter 412 configured to operate “bidirectional”. This inverter operates in four quadrants. When the grid-linked inverter operates “bidirectionally”, the rectified power supply need not be supplied to the UPM 402. The power of the starting grid comes not via the rectified input to the UPM 402 but via the grid linked inverter 412. In the present embodiment, power is also supplied from the power module 406 to protect the customer load.

図5を参照すると、1つの実施形態において、UPMは利用されない。本実施形態において、IOM504は、デュアルモード機能を有するように構成されたインバータ512を有する。デュアルモードインバータ512は、グリッドと連係して作動すると共に、グリッドとの連係なしで顧客負荷を賄う自立モードにて作動するように構成されている。本実施形態においては、1つのモードでの発電と他のモードでの発電との間での切替のためには、出力電力の中断を要する。   Referring to FIG. 5, in one embodiment, UPM is not utilized. In the present embodiment, the IOM 504 includes an inverter 512 configured to have a dual mode function. The dual mode inverter 512 is configured to operate in association with the grid and operate in a self-supporting mode that covers a customer load without association with the grid. In the present embodiment, the output power is interrupted in order to switch between power generation in one mode and power generation in another mode.

図6A〜図6Dは、UPM102の代わりに或いはそれに加えて電気自動車(EV)の充電モジュール(ECM)が使用される図1Aに示したシステムの種々の作動モードを示している。幾つかの作動モードにおいては、ECMはUPMの機能を行う。   6A-6D illustrate various modes of operation of the system shown in FIG. 1A in which an electric vehicle (EV) charging module (ECM) is used instead of or in addition to the UPM 102. In some modes of operation, the ECM performs UPM functions.

図6A〜図6Dのシステムは、EV充電の場面に使用される場合、幾つかの利点を提供する。特に、これらシステムは、多数のEVの急速充電中に大きなピークの電力をグリッドが供給する必要を排除する。又、このシステムは、グリッド電力の提供が非常に高価である地域、或いは、天然ガスパイプラインの敷設がコスト的に有利である地域におけるEV充電に使用される。   The system of FIGS. 6A-6D provides several advantages when used in EV charging situations. In particular, these systems eliminate the need for the grid to provide large peak power during rapid charging of a large number of EVs. This system is also used for EV charging in areas where the provision of grid power is very expensive, or where natural gas pipeline installation is cost effective.

図6Aを参照すると、EV充電ステーションは、1つ以上のパワーモジュール106、1つのIOM104、及び、1つのECM602を有する。ECMは、UPM102のインバータ102Aの代わりにDC/DCコンバータ602Aを有する。本実施形態においては、EV充電ステーション(例えば、ECM602)は、グリッド電力へのアクセスを有する。EV充電ステーションは、グリッド及びEVバッテリに同時に電力を供給することができる。FCM106からの電力を用いてECM602からEVバッテリ604に急速(例えば、10〜20分)充電が提供される。EVバッテリ604が充電のために充電ステーション(例えば、ECM602)に接続される毎に、FCM106の電力は、グリッドへの給電からEV充電ステーションへの給電に自動的に転用される。グリッドからEVバッテリ604への電力の転用は、図1Aに示し且つ上述した制御ロジックにより達成される。パワーモジュール106を使用できない場合、グリッド電力がEV充電ステーション用のバックアップ電力源として働く。   Referring to FIG. 6A, the EV charging station has one or more power modules 106, one IOM 104, and one ECM 602. The ECM has a DC / DC converter 602A instead of the inverter 102A of the UPM 102. In this embodiment, the EV charging station (eg, ECM 602) has access to grid power. The EV charging station can supply power to the grid and the EV battery simultaneously. Rapid charging (eg, 10-20 minutes) is provided from ECM 602 to EV battery 604 using power from FCM 106. Each time EV battery 604 is connected to a charging station (eg, ECM 602) for charging, the power of FCM 106 is automatically diverted from feeding the grid to feeding the EV charging station. The diversion of power from the grid to the EV battery 604 is accomplished by the control logic shown in FIG. 1A and described above. When the power module 106 is not available, grid power serves as a backup power source for the EV charging station.

図6Bを参照すると、EV充電ステーションは、1つ以上のパワーモジュール106、1つのIOM104、1つのUPM102、制御ロジックユニット110、及び、1つのECM602を有する。本実施形態において、EV充電ステーション602は、グリッド電力を給電してEVバッテリ604を充電すると共に、顧客負荷108に電力を供給するために使用される。この構成において、EV充電ステーションは、グリッドに給電し、又、顧客負荷(オフィスビル等)108に無停電電力を提供する。UPM102が顧客負荷108に電力を供給している間、IOM104はグリッドに電力を給電する。ECM602は、EV充電ステーションとして機能し、400VのDCバス112から電力を引き出す。従って、UPM102及びECM602は、DCバス112に並列に接続されている。顧客負荷108に電力が中断されることなく供給されている間、ECM602による充電のために自動車が入ったときには何時でも、グリッドに給電される電力の一部は、EVバッテリ604の充電に要する時間の間、ECM602に転用される。ここでも、この構成は、グリッドが既に全容量を供給しているときに、特に日中において今日の主要な関心事であるグリッドからの高いピーク電力を引き出す課題を克服する。   Referring to FIG. 6B, the EV charging station includes one or more power modules 106, one IOM 104, one UPM 102, a control logic unit 110, and one ECM 602. In this embodiment, the EV charging station 602 is used to supply grid power to charge the EV battery 604 and to supply power to the customer load 108. In this configuration, the EV charging station powers the grid and provides uninterruptible power to customer loads (such as office buildings) 108. While the UPM 102 is supplying power to the customer load 108, the IOM 104 supplies power to the grid. The ECM 602 functions as an EV charging station and draws power from the 400V DC bus 112. Therefore, the UPM 102 and the ECM 602 are connected to the DC bus 112 in parallel. While power is being supplied to the customer load 108 without interruption, whenever the vehicle enters for charging by the ECM 602, some of the power supplied to the grid is the time required to charge the EV battery 604. Is diverted to ECM602. Again, this configuration overcomes the challenge of drawing high peak power from the grid, which is a major concern today, especially during the day, when the grid is already supplying full capacity.

この構成の典型的な利用は、オフィスビルへの電力の供給である。電力がグリッドに給電されている間、建物(データセンター、照明等を含む)から生じる負荷108には、UPM102からのクリーンな無停電電力が供給される。企業の従業員及び訪問者のために充電ステーションが建物の駐車場に設置される。EVバッテリ604は、充電後、駐車場に置かれている。車の所有者の時間的制約に基づき、充電ステーションにおいて急速充電(1C)及びトリクル充電(0.1C)の両方のオプションが提供される。   A typical use of this configuration is to supply power to office buildings. While power is being supplied to the grid, clean uninterruptible power from the UPM 102 is supplied to the load 108 resulting from the building (including the data center, lighting, etc.). Charging stations will be installed in the building parking lots for corporate employees and visitors. The EV battery 604 is placed in a parking lot after being charged. Based on the car owner's time constraints, both fast charge (1C) and trickle charge (0.1C) options are offered at the charging station.

図6Cを参照すると、EV充電ステーションは、1つ以上のパワーモジュール106、1つのUPM102、1つのECM602、及び、1つのDGセット608を有する。この構成は、グリッド電力を利用できない遠隔地での使用に適している。この構成において、UPM102は、パワーモジュール106に接続されたDCバスから電力を引き出し、顧客負荷108に電力を供給する。顧客負荷108は、パワーモジュール106に対するベース負荷のように機能し、或る最小効率でシステムを作動させる(図6A及び図6Bに示し且つ上述した構成においては、グリッドが効率的な作動のための最小ベース負荷を提供する)。1つの実施形態において、ECM602の作動中、パワーモジュール106及びUPM102は、最大顧客負荷を常に満たすように調整される。DGセット608は、パワーモジュール106の起動に用いられる。   Referring to FIG. 6C, the EV charging station has one or more power modules 106, one UPM 102, one ECM 602, and one DG set 608. This configuration is suitable for use in remote locations where grid power is not available. In this configuration, the UPM 102 draws power from the DC bus connected to the power module 106 and supplies power to the customer load 108. The customer load 108 functions like a base load for the power module 106 and operates the system with some minimum efficiency (in the configuration shown in FIGS. 6A and 6B and described above, the grid is for efficient operation). Provide the minimum base load). In one embodiment, during operation of the ECM 602, the power module 106 and the UPM 102 are adjusted to always meet the maximum customer load. The DG set 608 is used for starting the power module 106.

図6Dを参照すると、EV充電ステーションは、1つ以上のパワーモジュール106、及び、1つのECM602を有する。EV充電ステーションの構成は、グリッド電力も電力供給を受けるべき顧客負荷もないような使用に適している。EV充電ステーションは、EVバッテリ604を充電するための電力源として機能する必要があるだけである。この構成において、バッテリ束610は、EV充電ステーションに対するベース負荷として機能する。バッテリ束610は、通常充電(0.1C)を用いて充電される。EVバッテリ604の充電を必要とするEVのオペレータは、ECM602からの充電を得る。或いは、オペレータは、バッテリ束610のバッテリの1つを放電EVバッテリ604と交換する。DGセット608は、パワーモジュール106を起動するために使用される。   Referring to FIG. 6D, the EV charging station has one or more power modules 106 and one ECM 602. The EV charging station configuration is suitable for use where there is no grid power or customer load to be powered. The EV charging station only needs to function as a power source for charging the EV battery 604. In this configuration, the battery bundle 610 functions as a base load for the EV charging station. The battery bundle 610 is charged using normal charging (0.1 C). An EV operator who needs to charge the EV battery 604 obtains charge from the ECM 602. Alternatively, the operator replaces one of the batteries in the battery bundle 610 with a discharged EV battery 604. The DG set 608 is used to activate the power module 106.

1つの実施形態において、EV充電ステーションは、時刻に応じた価格設定を利用する利点を得て、EVバッテリの蓄電容量を利用するように構成されている。例えば、午前11時から午後9時までの平日の電力コストは、午後9時から午前11時までの電力コストよりも数倍(例えば、5倍)高い。本実施形態においては、ピーク価格設定期間中に電力を供給するため、及び/又は、内部パワーモジュール106の故障に起因するパワーモジュール106からの電力出力の不足を補うために、EVバッテリから燃料電池システムに直流電力が戻される。   In one embodiment, the EV charging station is configured to take advantage of pricing according to time of day and use the storage capacity of the EV battery. For example, the weekday power cost from 11:00 am to 9:00 pm is several times (for example, five times) higher than the power cost from 9:00 pm to 11:00 am. In the present embodiment, the fuel cell from the EV battery is used to supply power during the peak pricing period and / or to compensate for the lack of power output from the power module 106 due to a failure of the internal power module 106. DC power is returned to the system.

図6Eを参照すると、燃料電池システムは、1つ以上のパワーモジュール106、1つのIOM104、1つのUPM102、前記第1制御ロジックユニット110、スイッチ702Aを備えたスイッチングモジュール702、第2制御ロジックユニット702B、及び、ECM602を有する。所望により、これら別個の制御ロジックユニット110及び702Bを物理的に組み合わせて、上記ユニット110の機能及び上記ユニット702Bの機能を行う1つのユニットとしてもよい。本実施形態において、パワーモジュール106、IOM104及びUPM102は、グリッドへの電力供給を可能としつつ顧客負荷108(例えば、オフィスビル等の建物)に電力を供給するために使用され、ECM602は、400VのDCバス112から電力を引き出すことによりEVバッテリ604を充電するために使用される。制御ロジックユニット110は、上述したように機能する。制御ロジックユニット702Bは、後述する機能を行う。従って、UPM102及びECM602は、DCバス112に並列に接続されている。   Referring to FIG. 6E, the fuel cell system includes one or more power modules 106, one IOM 104, one UPM 102, the first control logic unit 110, a switching module 702 including a switch 702A, and a second control logic unit 702B. And ECM 602. If desired, these separate control logic units 110 and 702B may be physically combined into a single unit that performs the functions of unit 110 and unit 702B. In this embodiment, power module 106, IOM 104, and UPM 102 are used to supply power to customer load 108 (eg, a building such as an office building) while allowing power to be supplied to the grid, and ECM 602 is 400V. Used to charge the EV battery 604 by drawing power from the DC bus 112. The control logic unit 110 functions as described above. The control logic unit 702B performs functions to be described later. Therefore, the UPM 102 and the ECM 602 are connected to the DC bus 112 in parallel.

1つの実施形態において、UPM102(例えば、UPM102のインバータ102A)は、単独でパワーモジュール106から負荷108に電力を提供するために必要な特性よりも高い特性に調整される。追加の電力処理能力は、EV充電ステーション(即ち、ECM602)に接続されているEVバッテリから追加の直流電力を利用するために使用される。制御ロジックユニット702Bは、スイッチ702Aを切り替え、これにより、EVバッテリ604をECM602に接続してECM602から電力を受け取らせたり、EVバッテリ604をDCバス112に接続してDCバス112に電力を提供したりする。   In one embodiment, UPM 102 (e.g., inverter 102A of UPM 102) is tuned to a higher characteristic than is necessary to provide power from power module 106 to load 108 alone. The additional power handling capability is used to utilize additional DC power from the EV battery connected to the EV charging station (ie, ECM 602). The control logic unit 702B switches the switch 702A, thereby connecting the EV battery 604 to the ECM 602 to receive power from the ECM 602, or connecting the EV battery 604 to the DC bus 112 to provide power to the DC bus 112. Or

例示であって限定するものではないが、燃料電池システムは、第1の値の最大電力(例えば、200kWの電力)を供給することができるパワーモジュール106を有する。UPM102は、第1の値よりも大きい第2の値の最大電力(例えば、400kWの交流電力)を供給するように直流を交流に変換するように調整される。つまり、インバータ102Aは、パワーモジュールが提供可能な量よりも多く直流電力を交流電力に変換するように設計されている。UPM102は、負荷108又はグリッド114に供給するためにEVバッテリ604からの直流電力(例えば、最大200kWの直流電力)を交流電力に変換するために追加の変換能力を使用する。   By way of example and not limitation, the fuel cell system includes a power module 106 capable of supplying a first value of maximum power (eg, 200 kW of power). The UPM 102 is adjusted to convert direct current to alternating current so as to supply a second value of maximum power (eg, 400 kW AC power) that is greater than the first value. That is, the inverter 102A is designed to convert DC power into AC power more than the amount that the power module can provide. The UPM 102 uses additional conversion capabilities to convert DC power from the EV battery 604 (eg, up to 200 kW DC power) to AC power for supply to the load 108 or grid 114.

従って、電気自動車用バッテリ604からの直流電力は、グリッドからのより高い電力価格の期間中に電気自動車充電モジュール(ECM)602において受け取られ、受け取られた電力は、少なくとも1つのインバータ102Aに供給され、インバータ102Aは、受け取った直流電力を交流電力に変換して該交流電力を負荷(例えば、108又はグリッド負荷114)に供給する。   Accordingly, DC power from the electric vehicle battery 604 is received at the electric vehicle charging module (ECM) 602 during a higher power price period from the grid, and the received power is provided to at least one inverter 102A. The inverter 102A converts the received DC power into AC power and supplies the AC power to a load (for example, 108 or the grid load 114).

1つの実施形態において、直流電力を受け取るステップの前、電力コストが低いときに、直流電力が少なくとも1つの燃料電池パワーモジュール106からECM602に供給され、その後、ECMから電気自動車用バッテリ604に供給される。   In one embodiment, DC power is supplied to the ECM 602 from the at least one fuel cell power module 106 before the step of receiving DC power when the power cost is low, and then supplied to the electric vehicle battery 604 from the ECM. The

EV充電ステーションと燃料電池システムとの組合せは、電気自動車を運転する従業員の居る事業所に配置される。一般に、前記時刻に応じた価格設定を利用して、従業員は、事業所の再充電ドックに電気自動車を駐車し、平日の8〜10時間、EVバッテリ604をECM602に接続する。通常、全てのEVバッテリ604は、ECM602から供給される電力を使用し、グリッドからの電力価格が上昇する前(例えば、午前11時まで)に(スイッチ702AがEVバッテリ604をECM602に接続して)フル充電される。次いで、グリッド電力の価格の上昇後(例えば、午前11時以降)、制御ロジック702Bは、EVバッテリ604をDCバス112に接続する位置にスイッチ702Aを切り替える。EVバッテリ604は、その後、蓄積された電荷の一部(例えば、10〜75%、特に、50%)をDCバス112に供給するために使用される。例えば、EVバッテリは、これらがDCバスに戻すよりも多い電荷を毎日(又は、毎週等)受け取る。所望により、EVの所有者は、これらが受け取った正味電荷に関して課金されず、或いは、グリッドからのEVバッテリの充電に関する料金よりも安い料金しか課金されない。次いで、充電ステーションは、ピークカット負荷追従方式で最大400kWの交流を負荷108に供給する。日中の電力価格は上昇しているので、全ての関係者は財政的に利益を受ける。   The combination of the EV charging station and the fuel cell system is arranged at an office where employees who drive electric vehicles are located. In general, using the price setting according to the time, the employee parks the electric vehicle in the recharge dock of the office and connects the EV battery 604 to the ECM 602 for 8 to 10 hours on weekdays. Normally, all EV batteries 604 use the power supplied from the ECM 602, and the switch 702A connects the EV battery 604 to the ECM 602 before the price of power from the grid rises (eg, until 11:00 am). ) Fully charged. Next, after the price of the grid power increases (for example, after 11:00 am), the control logic 702B switches the switch 702A to a position where the EV battery 604 is connected to the DC bus 112. The EV battery 604 is then used to supply a portion (eg, 10-75%, especially 50%) of the stored charge to the DC bus 112. For example, EV batteries receive more charge daily (or weekly, etc.) than they return to the DC bus. If desired, EV owners are not charged for the net charge they receive, or are charged less than the charge for charging EV batteries from the grid. Next, the charging station supplies up to 400 kW of alternating current to the load 108 in a peak cut load following manner. Since the electricity price during the day is rising, all parties will benefit financially.

別の実施形態において、電気自動車用バッテリは、高い電力価格コスト期間中にECM602から直流電力を受け取るステップの前に、低い電力価格コスト期間中にECM602以外の場所において充電される。例えば、EVは、低コストの夜間電気を用いて(例えば、自宅でグリッドから一晩)離れた場所において充電される。これらEVは、その後、午前中、ECM602に接続される。日中、電力価格が上昇した後(例えば、午前11時以降)、EVバッテリ604は、所定割合の蓄積電荷をDCバス112に供給する。従って、DCバスは、ピークカット負荷追従方式で最大400kWまでの交流を負荷108に供給することができる。EVの所有者は、供給される電力(即ち、彼らが彼らの自宅で蓄積してDCバス112に供給される電力)のコストを補償される。この場合にも、日中の電力価格は高いので、全ての関係者は財政的に利益を受ける。   In another embodiment, the electric vehicle battery is charged at a location other than the ECM 602 during the low power price cost period prior to receiving DC power from the ECM 602 during the high power price cost period. For example, EVs are charged remotely using low cost night electricity (eg, overnight from the grid at home). These EVs are then connected to ECM 602 in the morning. After the power price rises during the day (for example, after 11:00 am), the EV battery 604 supplies a predetermined percentage of stored charge to the DC bus 112. Therefore, the DC bus can supply up to 400 kW of alternating current to the load 108 by the peak cut load following method. EV owners are compensated for the cost of the power supplied (i.e., the power they store and supply to the DC bus 112 at their home). In this case as well, the price of electricity during the day is high, so all parties will benefit financially.

勿論、上述した例において用いた時間は例示のみを目的としたものである。充電ステーションは、充電ステーションが配置されている領域用の時刻に応じた価格に対処するためにEVバッテリからの電力を利用するように構成される。   Of course, the times used in the above examples are for illustrative purposes only. The charging station is configured to utilize power from the EV battery to address the price depending on the time for the area where the charging station is located.

前記方法及びシステムは、周波数及び電圧の厳密な制御を可能にしつつ、大きな負荷に並列な複数のジェネレータと共に容易に使用可能である。   The method and system can be readily used with multiple generators in parallel with a large load while allowing tight control of frequency and voltage.

以下の実施形態は、前記分散型燃料電池発電システムの第1の側から、及び、グリッド(例えば、ユーティリティ又はキャンパスグリッド)又は分散型ジェネレータ(例えば、ディーゼルジェネレータ)(DG)の第2の側から、直流負荷又は交流負荷に電力を供給するステップを有する。各側は一次側又は二次側として使用される。   The following embodiments are from a first side of the distributed fuel cell power generation system and from a second side of a grid (eg, utility or campus grid) or a distributed generator (eg, diesel generator) (DG). , Supplying power to a DC load or an AC load. Each side is used as primary or secondary side.

図7Aは、例えば、データセンターIT負荷(即ち、データセンター環境にある1つ以上のコンピュータ、サーバ、ルータ、ラック、電源接続部、及び、その他の構成要素を含むITシステムにおいて動作するデバイス)等の情報技術(IT)負荷である負荷108に電力供給するためのシステム700の実施形態を示している。本明細書に記載したように、ITシステム(即ち、データセンター環境にある1つ以上のコンピュータ、サーバ、ルータ、ラック、電源接続、及び、他の構成要素を含むITシステムにおいて動作するデバイス)において動作するIT負荷及びITシステムは、IT負荷が当該IT負荷自体に電力を提供する直流電力発電機又は直流発電システムの動作を監視せず及び/又は管理せず及び/又は制御しないような直流電力発電機及び直流発電システムの作動を監視し、管理し、及び/又は、制御するために使用されるコンピュータ、サーバ、ルータ、ラック、コントローラ、電源接続、及び、その他の構成要素等のデバイスから区別される。   FIG. 7A illustrates, for example, a data center IT load (ie, a device that operates in an IT system that includes one or more computers, servers, routers, racks, power connections, and other components in a data center environment), etc. 1 illustrates an embodiment of a system 700 for powering a load 108, which is an Information Technology (IT) load. As described herein, in an IT system (ie, a device operating in an IT system that includes one or more computers, servers, routers, racks, power connections, and other components in a data center environment). An operating IT load and IT system is a DC power that the IT load does not monitor and / or manage and / or control the operation of the DC power generator or DC power system that provides power to the IT load itself. Distinguish from devices such as computers, servers, routers, racks, controllers, power connections, and other components used to monitor, manage and / or control the operation of generators and DC systems Is done.

IT負荷を収容するデータセンターは、種々のサーバ、ルータ等を支持するラック、及び/又は、IT負荷を収容するビルを含む。図7Aに示したように、データセンターIT負荷108は、「デュアルコード化」又は「マルチコード化」されており、このことは、負荷が異なる電力源(例えば、「「A」側給電部、「B」側給電部、「C」側給電部等)からの複数の給電部から電力を受け取ることを意味する。   Data centers that accommodate IT loads include racks that support various servers, routers, etc., and / or buildings that accommodate IT loads. As shown in FIG. 7A, the data center IT load 108 is “dual-coded” or “multi-coded”, which means that power sources with different loads (eg, “A” side feed, This means that power is received from a plurality of power supply units from “B” side power supply units, “C” side power supply units, and the like.

図7Aに示したように、負荷108(例えば、データセンターラック)は、「A」側給電部及び「B」側給電部を有するデュアルコード化された負荷である。負荷108は、両給電部から電力(例えば、「A」側給電部からの50%電力、及び、「B」側給電部からの50%電力)を引き出す。負荷108内の切替スイッチ又はスタティックスイッチは、電力探索型であり、全ての条件下で(1つ又は両方の給電部を介して)負荷108に対する電力を維持する。幾つかの実施形態において、負荷108は、その内部に、出力部にダイオード「or」回路を実質的に備えた2組のAC/DC電子回路を有するデュアルコード電力源(即ち、「A」側電力源及び「B」側電力源)有し、実行可能なソースに対してラインアップされた何れかの電力源から電力が引き出される。このタイプの構成においては、スイッチは必要とされない。一方の電力源から他方の電力源への移行、又は、これら電力源間で電力が共有される場合の電力共有は、ソリッドステート構成要素を用いて達成される。従って、負荷は、競売方式でA側給電部及びB側給電部の少なくとも一方から電力を引き出す2組の電力回路を有するデュアルコード電力源を有する。   As shown in FIG. 7A, the load 108 (eg, a data center rack) is a dual-coded load having an “A” side power supply unit and a “B” side power supply unit. The load 108 draws power (for example, 50% power from the “A” side power feeding unit and 50% power from the “B” side power feeding unit) from both power feeding units. The changeover switch or static switch in the load 108 is power search type and maintains power to the load 108 under all conditions (via one or both power supplies). In some embodiments, the load 108 includes a dual code power source (ie, “A” side) having two sets of AC / DC electronic circuits with a diode “or” circuit at the output substantially therein. Power is drawn from any power source that has a power source and a “B” side power source) and is lined up for a viable source. In this type of configuration, no switch is required. The transition from one power source to the other or the power sharing when power is shared between these power sources is achieved using solid state components. Accordingly, the load has a dual cord power source having two sets of power circuits that draw power from at least one of the A-side power supply unit and the B-side power supply unit in an auction system.

負荷108の「A」側給電部は、任意の分散型ジェネレータ(例えば、ディーゼルジェネレータ)(DG)706及び無停電電源(UPS)708のバックアップを備えたグリッド114等の標準的な電力インフラに接続される。   The “A” side feed of the load 108 connects to a standard power infrastructure such as a grid 114 with a backup of any distributed generator (eg, diesel generator) (DG) 706 and uninterruptible power supply (UPS) 708 Is done.

負荷108の「B」側給電部は、1つ以上のUPM102(例えば、自立型インバータ出力)に接続される。   The “B” -side power feeding unit of the load 108 is connected to one or more UPMs 102 (eg, a self-contained inverter output).

システム700は、少なくとも1つのパワーモジュール106及び関連のIOM104を更に有する。少なくとも1つのパワーモジュール106は、その出力電力の第1部分(例えば、その出力電力の5〜95%、特に、約50%)を1つ以上のUPM102を介して負荷108の「B」側給電部に提供する。これは、図7Aにおいて矢印704により概略的に示されている。   System 700 further includes at least one power module 106 and associated IOM 104. At least one power module 106 feeds a first portion of its output power (eg, 5-95% of its output power, especially about 50%) through the one or more UPMs 102 to the “B” side of load 108. Provide to the department. This is schematically illustrated by arrow 704 in FIG. 7A.

少なくとも1つのパワーモジュール106は、その出力電力の第2部分(例えば、その出力電力の5〜95%、特に、約50%)を関連のIOM104を介してグリッド114に提供する。IOM104からの電力は、上述したようにグリッド114に接続された負荷108の「A」側給電部にグリッド114を介して提供される。これは、図7Aにおいて矢印702により概略的に示されており、これは、電力がIOM104からグリッド114に供給され、その後、グリッド114から「A」側給電部を介して負荷108に提供されることを示している。   The at least one power module 106 provides a second portion of its output power (eg, 5-95% of its output power, especially about 50%) to the grid 114 via the associated IOM 104. The electric power from the IOM 104 is provided via the grid 114 to the “A” side power feeding unit of the load 108 connected to the grid 114 as described above. This is schematically illustrated by arrow 702 in FIG. 7A, where power is supplied from the IOM 104 to the grid 114 and then provided from the grid 114 to the load 108 via the “A” side feed. It is shown that.

種々の実施形態において、システム700の通常作動中、少なくとも1つのパワーモジュール106は、負荷108に必要な電力の全て又は実質的に全てを出力する。電力出力の第1部分(例えば、50%以下)は、UPM102を介して負荷108の「B」側給電部に直接給電される。電力出力の第2部分(例えば、50%以下)は、IOM104を介してグリッド114に給電され、グリッド114から負荷108の「A」側給電部に戻される。従って、種々の実施形態において、負荷108のためのグリッド114からの正味電力は必要なく、これにより、グリッド114の経営者から過剰な電力を購入する必要がなくなるので、データセンターのラック内の構成要素等の負荷108に電力を供給するためのコストが実質的に下がる。更に、パワーモジュール106からロードされたIOM104の出力及びUPM102の出力のため、パワーモジュール106内の燃料電池は、フル又は略フル負荷までヒートソークされる。従って、「A」(グリッド)側給電部が失われたときに負荷にステップ(例えば、50%〜100%)があった場合、これは、燃料電池に負担を殆ど与えない容易な変化である。   In various embodiments, during normal operation of the system 700, the at least one power module 106 outputs all or substantially all of the power required for the load 108. A first part (for example, 50% or less) of the power output is directly supplied to the “B” side power supply unit of the load 108 via the UPM 102. A second portion (eg, 50% or less) of the power output is fed to the grid 114 via the IOM 104 and returned from the grid 114 to the “A” side feed section of the load 108. Thus, in various embodiments, no net power from the grid 114 is required for the load 108, thereby eliminating the need to purchase excess power from the grid 114 manager, thus providing a configuration within the rack of the data center. The cost for supplying power to a load 108 such as an element is substantially reduced. Further, because of the output of the IOM 104 and the output of the UPM 102 loaded from the power module 106, the fuel cell in the power module 106 is heat soaked to full or almost full load. Thus, if the “A” (grid) side feed is lost and there is a step (eg, 50% -100%) in the load, this is an easy change that places little burden on the fuel cell. .

少なくとも1つのパワーモジュール106からの電力の喪失又は中断が発生した場合(例えば、負荷108が「B」側給電部を介した電力を受け取っていない場合)、負荷108に対する電力要求の100%が「A」側給電部を介してグリッド114から引き出される。グリッド電力需要における結果的なスパイク(例えば、負荷108の電力の50%〜100%)は、グリッド114により容易に吸収される。   When a loss or interruption of power from at least one power module 106 occurs (eg, when the load 108 is not receiving power via the “B” side power feed), 100% of the power demand on the load 108 is “ It is pulled out from the grid 114 via the “A” side power feeding section. The resulting spike in grid power demand (eg, 50-100% of load 108 power) is easily absorbed by grid 114.

グリッド114からの電力の喪失又は中断が発生した場合、負荷108の電力要求の100%が少なくとも1つのパワーモジュール106から引き出されてもよい。少なくとも1つのパワーモジュール106からの電力は、UPM102から「B」側給電部を介して完全に引き出され、或いは、一部がUPM102を介して「B」側給電部に引き出され且つ一部がIOM104とグリッド114との接続を介して「A」側給電部に引き出される。種々の実施形態において、通常作動中、少なくとも1つのパワーモジュール106は、負荷108に必要な電力の少なくとも約100%を出力し、従って、少なくとも1つのパワーモジュール106は、グリッド114の故障又は中断が発生した場合、出力需要においてスパイクを受けない。従って、少なくとも1つのパワーモジュール106からの出力電力需要における有害なスパイクが回避される。   When a loss or interruption of power from the grid 114 occurs, 100% of the power demand of the load 108 may be drawn from the at least one power module 106. The power from the at least one power module 106 is completely drawn from the UPM 102 via the “B” side power supply, or partly drawn to the “B” side power supply via the UPM 102 and partly IOM 104. And is connected to the grid 114 and drawn out to the “A” side power feeding section. In various embodiments, during normal operation, the at least one power module 106 outputs at least about 100% of the power required for the load 108, so that the at least one power module 106 can fail or interrupt the grid 114. If it does occur, it will not be spiked in output demand. Thus, harmful spikes in output power demand from at least one power module 106 are avoided.

種々の実施形態において、IOM104が(負荷108の「A」側給電部である)グリッド114に接続され且つUPM102が負荷108の「B」側給電部に接続されている場合、IOM出力は、負荷108に必要な出力の50%よりも大きい。例えば、負荷108の電力要求が160kWである場合、UPM102は、この電力の50%(又は80kW)を「B」側給電部に提供する。IOM104の出力は、少なくとも80kWであり、これは、負荷108からの全てのユーティリティ(グリッド)負担を排除する。しかしながら、IOM104は、80kWよりも大きい、例えば、120kWにロードされてもよい。余剰電力(本例においては、40kW)は、他の要求を満たすために送出される(例えば、それは、データセンター又はビル構内負荷に送出される)。このタイプのローディング構成は、IT負荷等の重要な負荷108を完全にカバーすることを可能にすると共に、分散型発電(例えば、燃料電池)システムの100%の資産活用を可能にする。つまり、パワーモジュール106の電力出力の「A」側と「B」側とは、モジュール106の電力出力の少なくとも一部が負荷が配置されている施設に提供されるように、負荷の電力要求の100%以上を表しており、モジュール106の出力電力は、モジュール106の約100%の資産活用を表している。   In various embodiments, when the IOM 104 is connected to the grid 114 (which is the “A” side feed of the load 108) and the UPM 102 is connected to the “B” side feed of the load 108, the IOM output is Greater than 50% of the output required for 108. For example, when the power demand of the load 108 is 160 kW, the UPM 102 provides 50% (or 80 kW) of this power to the “B” side power feeding unit. The output of the IOM 104 is at least 80 kW, which eliminates all utility (grid) burden from the load 108. However, the IOM 104 may be loaded at greater than 80 kW, for example, 120 kW. Surplus power (40 kW in this example) is delivered to satisfy other requirements (eg, it is delivered to a data center or building premises load). This type of loading configuration allows for full coverage of critical loads 108 such as IT loads, and allows for 100% asset utilization of a distributed generation (eg, fuel cell) system. In other words, the “A” side and the “B” side of the power output of the power module 106 indicate that the load power requirement is such that at least a part of the power output of the module 106 is provided to the facility where the load is located. The output power of the module 106 represents about 100% of the asset utilization of the module 106.

尚、本システム700は、データセンターに限定されるものではなく、マルチコード(例えば、A、B、C等)電力供給構造を備えた重要な電力サイトが負荷に電力供給するための本システム及び本方法を利用することができる。   The system 700 is not limited to a data center, and the system for supplying power to an important power site having a multi-code (for example, A, B, C, etc.) power supply structure and a load This method can be used.

種々の実施形態において、IT負荷108は、グリッド114から「A」側給電部において交流電力を受け取る交流負荷である。少なくとも1つのパワーモジュール106により生成される電力は、直流電力であり、負荷108の「B」側給電部に給電される前に交流電力に変換される。例えば、システム700は、UPM102内に配置され或いはパワーモジュール106と負荷106の「B」側給電部との間の別の位置に配置される直流電力を交流電力に変換するためのインバータを有する。更なる実施形態において、IT負荷108は、当該IT負荷108の「A」側給電部においてグリッド114から整流された直流電力を受け取る直流負荷である(例えば、AC/DC整流器がグリッド114と負荷108の「A」側給電部との間に設けられている)。負荷108の「B」側給電部は、パワーモジュール106及びUPM102からの直流電力を提供される。任意には、UPM102内等のパワーモジュール106と「B」側給電部との間にDC/DCコンバータが設けられる。DC/DCコンバータは、直流電力が負荷108の「B」側給電部に給電される前に、例えば、所定のポイントに電圧を設定し及び/又は絶縁を形成し及び/又は適切な接地基準を形成することによりパワーモジュール106からの直流電力を調整する。幾つかの実施形態において、負荷108は、第1電力入力(例えば、デュアルコードシステムにおける「A」側給電部又は「B」側給電部)において交流電力を受け取り、第2電力入力(例えば、「A」側給電部及び「B」側給電部の他方)において直流電力を受け取る。負荷108は、必要に応じて入力電力を調整する電力調整構成要素(例えば、インバータ、整流器、変換器等)を有する。   In various embodiments, the IT load 108 is an AC load that receives AC power from the grid 114 at the “A” side power supply. The power generated by the at least one power module 106 is DC power, and is converted into AC power before being fed to the “B” side power feeding unit of the load 108. For example, the system 700 includes an inverter for converting DC power that is placed in the UPM 102 or placed at another location between the power module 106 and the “B” side power supply of the load 106 to AC power. In a further embodiment, the IT load 108 is a DC load that receives DC power rectified from the grid 114 at the “A” side power supply of the IT load 108 (eg, an AC / DC rectifier is connected to the grid 114 and the load 108). And the “A” side power supply section of The “B” side power feeding unit of the load 108 is supplied with DC power from the power module 106 and the UPM 102. Optionally, a DC / DC converter is provided between the power module 106 such as in the UPM 102 and the “B” side power feeding unit. The DC / DC converter may, for example, set a voltage at a predetermined point and / or form insulation and / or provide an appropriate ground reference before DC power is fed to the “B” side feed of load 108. The direct current power from the power module 106 is adjusted by forming. In some embodiments, the load 108 receives AC power at a first power input (eg, “A” side feed or “B” side feed in a dual cord system) and a second power input (eg, “ DC power is received at the other of the “A” side power supply unit and the “B” side power supply unit). The load 108 includes power adjustment components (eg, inverters, rectifiers, converters, etc.) that adjust input power as needed.

図7Bは、追加のグリッド714が第1グリッド114及び少なくとも1つのパワーモジュール106に対する補足的なバックアップとして機能する別の実施形態を示している。図7Bに示したように、少なくとも1つのUPM102の出力と補助グリッド(例えば、第1グリッド給電又は第2グリッド給電の別の例)714との間に切替スイッチ712が設けられている。切替スイッチ712の出力は、データセンター負荷108の「B」側給電部に給電される。幾つかの実施形態において、少なくとも1つのパワーモジュール106が故障した場合、「B」側給電部は、補助グリッド714により電力供給される。   FIG. 7B illustrates another embodiment in which the additional grid 714 serves as a supplemental backup for the first grid 114 and the at least one power module 106. As illustrated in FIG. 7B, a changeover switch 712 is provided between the output of at least one UPM 102 and an auxiliary grid (for example, another example of the first grid power supply or the second grid power supply) 714. The output of the changeover switch 712 is supplied to the “B” side power supply unit of the data center load 108. In some embodiments, if at least one power module 106 fails, the “B” side feed is powered by the auxiliary grid 714.

別の実施形態においては、切替スイッチの代わりに或いはそれに加えて、力率改善(PFC)整流器(例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)型の整流器)が使用される。補助又は第2グリッド714からの給電は、少なくとも1つのUPM102からの出力とダイオードOR処理される。これは、負荷108の「B」側入力として提供され、スタティックスイッチは必要ない。   In another embodiment, a power factor correction (PFC) rectifier (eg, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) type rectifier) is used instead of or in addition to the changeover switch. The power supply from the auxiliary or second grid 714 is diode ORed with the output from at least one UPM 102. This is provided as the “B” side input of load 108 and no static switch is required.

図8は、医療施設に電力を提供するためのシステム800の実施形態を示している。MRI、X線、CTスキャン、ポジトロン放出断層撮影(PET)及びX線Cアーム装置等の高電力医療装置808は、概して、約600VDCに整流され、その後、DC/DCコンバータに給電されてハードウェアの作動用に絶縁された別々のDC出力を生成する中電圧交流(480VAC又は415VAC等)である電源を使用する。AC/DC変換ステージにおいては、相当の効率が失われる。更に、サージ電力需要の理由から、医療ピーキングチャージが重要である。   FIG. 8 illustrates an embodiment of a system 800 for providing power to a medical facility. High power medical devices 808 such as MRI, X-ray, CT scan, positron emission tomography (PET), and X-ray C-arm devices are generally rectified to about 600 VDC and then powered to a DC / DC converter for hardware. Use a power supply that is a medium voltage alternating current (such as 480 VAC or 415 VAC) that produces a separate DC output that is isolated for operation. Considerable efficiency is lost in the AC / DC conversion stage. Furthermore, medical peaking charges are important because of surge power demand.

図8に示した実施形態のシステム800においては、少なくとも1つのパワーモジュール106及び関連のIOM104は、これらのDC出力バス812(例えば、±380VDCバス)に並列な少なくとも1つの無停電パワーモジュール(UPM1)102を提供される。この構成は、パワーモジュール106の出力がDCバス812に対して提供され且つDCバス812の出力がIOM104及びUPM102に対して提供されている前記ECMに関して図6A〜図6Eに示した構成と同様である。図8に示したように、追加のUPM102(例えば、UPM2、...UPMn)がそれぞれ同様に追加のパワーモジュール/IOMユニット(図示せず)に接続される。各UPM102は、交流電力出力820(例えば、480VAC)を提供するインバータ802及び直流電力出力822(例えば、400〜600VDC)を提供するDC/DCコンバータ804を有する。UPM102からの交流出力(例えば、480VAC)は、「B」側給電部として医療施設スタティックスイッチ810の入力にACバス820を介して結合される。「A」側給電部は、グリッド114から提供される。   In the system 800 of the embodiment shown in FIG. 8, at least one power module 106 and associated IOM 104 are connected to at least one uninterruptible power module (UPM1) in parallel with these DC output buses 812 (eg, ± 380 VDC buses). ) 102 is provided. This configuration is similar to the configuration shown in FIGS. 6A-6E for the ECM in which the output of the power module 106 is provided to the DC bus 812 and the output of the DC bus 812 is provided to the IOM 104 and the UPM 102. is there. As shown in FIG. 8, additional UPMs 102 (eg, UPM2,... UPMn) are each similarly connected to additional power modules / IOM units (not shown). Each UPM 102 has an inverter 802 that provides an AC power output 820 (eg, 480 VAC) and a DC / DC converter 804 that provides a DC power output 822 (eg, 400-600 VDC). The AC output (eg, 480 VAC) from the UPM 102 is coupled to the input of the medical facility static switch 810 via the AC bus 820 as a “B” side power supply. The “A” side power feeding unit is provided from the grid 114.

IOMインバータ104Aが一般的な送出のためのグリッド114に交流電力(例えば、480VAC)を出力する。図7の実施形態にあるように、IOM104からグリッド114への電力出力は、医療施設スタティックスイッチ810の「A」側給電部に戻される。従って、種々の実施形態において、システム800の通常作動中、正味電力は、グリッド114から引き出されず、医療装置808に必要な全て又は実質的に全ての電力は、1つ以上のパワーモジュール106により提供される。   The IOM inverter 104A outputs AC power (for example, 480 VAC) to the grid 114 for general transmission. As in the embodiment of FIG. 7, the power output from the IOM 104 to the grid 114 is returned to the “A” side power feed of the medical facility static switch 810. Thus, in various embodiments, during normal operation of the system 800, net power is not drawn from the grid 114 and all or substantially all power required for the medical device 808 is provided by one or more power modules 106. Is done.

スタティックスイッチ810からの電力は、医療装置DC/DCコンバータ816の入力段に給電される直流電力(例えば、600VDC)に交流電力(例えば、480VAC)を変換するための整流器818への入力として提供される。上述したように、このAC/DC変換プロセスにおいて相当な効率が失われる。図8に示したように、UPM102からの400〜600VDC出力バス822は、医療装置DC/DCコンバータ816の入力段に結合される。これにより、DC/DCコンバータ816へのDC入力電力の全てを含むDC/DCコンバータ816へのDC入力電力の少なくとも一部は、初めに電力をAC/DC変換する必要もなく、UPMを介してPWM106により提供される。従って、AC/DC変換に関連する効率損失の少なくとも一部が回避される。   The power from the static switch 810 is provided as an input to a rectifier 818 for converting AC power (eg, 480 VAC) to DC power (eg, 600 VDC) fed to the input stage of the medical device DC / DC converter 816. The As mentioned above, considerable efficiency is lost in this AC / DC conversion process. As shown in FIG. 8, the 400-600 VDC output bus 822 from the UPM 102 is coupled to the input stage of the medical device DC / DC converter 816. This ensures that at least a portion of the DC input power to the DC / DC converter 816, including all of the DC input power to the DC / DC converter 816, does not need to be AC / DC converted first, via the UPM. Provided by PWM 106. Thus, at least some of the efficiency loss associated with AC / DC conversion is avoided.

医療装置DC/DCコンバータ816は、忠実度の高い増幅器824に給電され、その後、1つ以上の医療装置808(MD1)に電力供給するのに使用される複数の個別のDC出力(例えば、700V、100V等)を提供する。   The medical device DC / DC converter 816 powers the high-fidelity amplifier 824 and then uses a plurality of individual DC outputs (eg, 700V) that are used to power one or more medical devices 808 (MD1). , 100V, etc.).

種々の実施形態において、1つ以上のUPM102のDC出力に複数の医療装置808が結合される。図8に模式的に示したように、例えば、医療装置MD2〜MDnは、UPM102の400〜600VDC出力バス822に結合され、MD1と同様に構成される。医療装置108の作動のシーケンスを制御するためにシーケンシングコントローラ826が提供される。種々の実施形態において、シーケンシングコントローラ826は、医療装置により引き出される電力のバランスがとれ且つ過度のピーク電力の引き出しが必要ないように小さな遅延を提供するように構成される。種々の実施形態において、シーケンシングコントローラ826は、医療装置の種々の部分間に優先順位をつけるように構成される。例えば、シーケンシングコントローラ826は、救命用の重要な医療装置に有利なように優先度の低い医療装置のスイッチが切られるように1つ以上の医療装置の緊急状況に備える。   In various embodiments, multiple medical devices 808 are coupled to the DC output of one or more UPMs 102. As schematically shown in FIG. 8, for example, the medical devices MD2 to MDn are coupled to the 400 to 600 VDC output bus 822 of the UPM 102 and configured in the same manner as the MD1. A sequencing controller 826 is provided to control the sequence of operation of the medical device 108. In various embodiments, the sequencing controller 826 is configured to provide a small delay so that the power drawn by the medical device is balanced and no excessive peak power draw is required. In various embodiments, the sequencing controller 826 is configured to prioritize various parts of the medical device. For example, the sequencing controller 826 provides for emergency situations of one or more medical devices so that low priority medical devices are switched off in favor of critical medical devices for life saving.

種々の実施形態において、UPM102は、図8に示したウルトラキャパシタ806等のエネルギ蓄積装置を有する。種々の実施形態において、増大ピーキングチャージを生成することなく医療装置用の増大ピーク電力を提供するために、UPM102のエネルギ蓄積が追加の蓄積モジュールにより強化される。   In various embodiments, UPM 102 includes an energy storage device such as ultracapacitor 806 shown in FIG. In various embodiments, the energy storage of UPM 102 is enhanced by an additional storage module to provide increased peak power for the medical device without generating an increased peaking charge.

種々の実施形態において、UPM102は、UPM102のためにバックアップピーキング供給を提供するためのグリッド114、第2グリッド又は他の交流ジェネレータの給電である補助電力源814から電力を受け取るように構成される。種々の実施形態において、UPM102は、必要に応じて補助電力源814から電力を取り込むためにPFC改善整流器805を有する。或いは又は加えて、UPMは、第2グリッド等の補助電力源814からの給電を取り入れて信頼性の高い「B」側給電部を提供するためにスタティックスイッチ(図示せず)を有する。   In various embodiments, the UPM 102 is configured to receive power from an auxiliary power source 814 that is powered by a grid 114, a second grid or other AC generator for providing backup peaking supply for the UPM 102. In various embodiments, the UPM 102 has a PFC improvement rectifier 805 to draw power from the auxiliary power source 814 as needed. Alternatively or additionally, the UPM has a static switch (not shown) to take in power from an auxiliary power source 814 such as a second grid to provide a reliable “B” side power supply.

図9は、医療施設に直接直流電力を提供するための更なる実施形態のシステム900を示している。このシステム900においては、パワーモジュール106は、医療装置DC/DCコンバータ816の入力段に適切な直流電力出力(例えば、600VDC)を提供する。複数のパワーモジュール106のユニットの出力は、信頼性を増大するために並列になっている。図9に示したように、パワーモジュール106が(例えば、パワーモジュール106内のDC/DCコンバータを用いて)±380VDCを出力するように構成され、UPM102内の第2段のDC/DCコンバータ802が600VDCバス822のための600VDCを生成する(即ち「直列」アプローチ)。別の1つの実施形態において、パワーモジュール106内において2組のDC/DCコンバータが並列に作動する。第1の組のDC/DCコンバータは、(例えば、補機用及び/又はIOM104内のインバータ104Aへの給電用に)±380VDCを生成する。第2の組のDC/DCコンバータは、600VDCバス822用に600VDCを生成する。何れの実施形態においても、バス822は、医療装置DC/DCコンバータ816の入力段に600VDCを給電する。   FIG. 9 illustrates a further embodiment system 900 for providing direct current power to a medical facility. In this system 900, the power module 106 provides an appropriate DC power output (eg, 600 VDC) to the input stage of the medical device DC / DC converter 816. The outputs of the units of the plurality of power modules 106 are in parallel to increase reliability. As shown in FIG. 9, the power module 106 is configured to output ± 380 VDC (eg, using a DC / DC converter in the power module 106), and a second stage DC / DC converter 802 in the UPM 102. Generates 600 VDC for the 600 VDC bus 822 (ie, a “series” approach). In another embodiment, two sets of DC / DC converters operate in parallel within the power module 106. The first set of DC / DC converters generates ± 380 VDC (eg, for auxiliary equipment and / or for powering the inverter 104A in the IOM 104). The second set of DC / DC converters generate 600 VDC for the 600 VDC bus 822. In either embodiment, bus 822 powers 600 VDC to the input stage of medical device DC / DC converter 816.

図9に示したように、複数の実施形態において、IOM104は、上述したように、インバータ104Aを有する。インバータ104Aからの交流電力出力(例えば、480VAC)は、グリッド114に提供される。IOM104からグリッド114への電力出力は、上述したように、PFC改善整流器805及び/又はスタティックスイッチを介して等、UPM102においてシステム900に戻される。グリッド電力は、UPM102において整流されて600VDCにDC/DC変換され、600VDCバス822に給電される。従って、種々の実施形態において、システム900の通常作動中、グリッド114からは正味電力は引き出されず、医療装置808に必要な全て又は実質的に全ての電力は、1つ以上のパワーモジュール106により提供される。パワーモジュール106は、医療装置108に必要な全て又は実質的に全ての電力を生成するように作動される。パワーモジュール106からの出力電力の全て又は一部は、IOM104によりグリッド114に給電され、UPM102に戻される。パワーモジュール106からの出力電力の全て又は一部は、医療装置DC/DCコンバータ816の入力段に直接給電される直流電力である。グリッド114の故障又は中断が発生した場合、システム900は、医療装置への100%直接直流電力に移行する。パワーモジュール106が相当な電力スパイクを受けることはない。   As shown in FIG. 9, in the plurality of embodiments, the IOM 104 includes the inverter 104A as described above. The AC power output (eg, 480 VAC) from inverter 104A is provided to grid 114. The power output from the IOM 104 to the grid 114 is returned to the system 900 at the UPM 102, such as via a PFC improved rectifier 805 and / or a static switch, as described above. The grid power is rectified in the UPM 102, DC / DC converted to 600 VDC, and supplied to the 600 VDC bus 822. Thus, in various embodiments, during normal operation of the system 900, no net power is drawn from the grid 114 and all or substantially all the power required for the medical device 808 is provided by one or more power modules 106. Is done. The power module 106 is operated to generate all or substantially all of the power required for the medical device 108. All or part of the output power from the power module 106 is supplied to the grid 114 by the IOM 104 and returned to the UPM 102. All or part of the output power from the power module 106 is direct current power fed directly to the input stage of the medical device DC / DC converter 816. In the event of a grid 114 failure or interruption, the system 900 transitions to 100% direct DC power to the medical device. The power module 106 does not experience significant power spikes.

図9に示したウルトラキャパシタ806等のエネルギ蓄積装置は、UPM102(複数の実施形態において、充放電DC/DCコンバータを含むが、出力インバータを含まない)に提供される。   An energy storage device such as the ultracapacitor 806 shown in FIG. 9 is provided to the UPM 102 (in some embodiments, including a charge / discharge DC / DC converter but not including an output inverter).

図8及び図9に示したように、種々の実施形態のUPM102は、1つ以上のパワーモジュール106/IOM104から直流電力(例えば、±380VDC)を受け取るための入力及びエネルギ蓄積用のウルトラキャパシタ又はバッテリ等のエネルギ蓄積装置806を有し、エネルギ蓄積装置へ或いはエネルギ蓄積装置からエネルギを移動するための充放電(又は双方向)DC/DCコンバータを更に有する。図8に示したように、UPM102は、適切な交流給電(例えば、50/60Hzの3線又は4線480VAC又は415VAC等の他のグリッド電圧)を生成するインバータ及び変圧回路を有するインバータ802を有する。   As shown in FIGS. 8 and 9, various embodiments of the UPM 102 may include an ultracapacitor for input and energy storage to receive DC power (eg, ± 380 VDC) from one or more power modules 106 / IOM 104. It has an energy storage device 806, such as a battery, and further includes a charge / discharge (or bi-directional) DC / DC converter for transferring energy to or from the energy storage device. As shown in FIG. 8, the UPM 102 has an inverter 802 with an inverter and a transformer circuit that generates a suitable AC feed (eg, other grid voltages such as 50/60 Hz 3-wire or 4-wire 480 VAC or 415 VAC). .

種々の実施形態において、UPM102は、1つ以上のパワーモジュール106からの入力バス電圧とは異なる電圧で直流電力出力を提供するように構成されている。図8及び図9に示したように、例えば、UPM102は、バス812からの入力±380VDCをバス822上の異なる直流出力電圧(例えば、400〜600VDC、特に、600VDC)に変換するDC/DCコンバータ804を有する。種々の実施形態は、セットポイントに基づく0〜600VDC等の調整可能な出力電圧及び12、24、36及び/又は48VDC等のパワーモジュール入力電圧よりも低い電圧を含む様々な直流出力電圧を提供するUPM102を有する。種々の実施形態において、パワーモジュール106により提供される入力電圧とは異なるUPM102からの出力直流電圧は、接地されておらず、及び/又は、接地に関して正であり、及び/又は、接地に関して負である。   In various embodiments, the UPM 102 is configured to provide a DC power output at a voltage different from the input bus voltage from one or more power modules 106. As shown in FIGS. 8 and 9, for example, the UPM 102 converts the input ± 380 VDC from the bus 812 into a different DC output voltage (for example, 400 to 600 VDC, particularly 600 VDC) on the bus 822. 804. Various embodiments provide various DC output voltages including adjustable output voltages such as 0-600 VDC based on setpoints and voltages lower than power module input voltages such as 12, 24, 36 and / or 48 VDC. It has UPM102. In various embodiments, the output DC voltage from the UPM 102 that is different from the input voltage provided by the power module 106 is not grounded and / or positive with respect to ground and / or negative with respect to ground. is there.

MRI、X線、CTスキャナ、PETスキャナ、Cアーム装置等の典型的な高電力医療装置808は、600VDCのオーダーの直流電圧を生成するために、変圧器・整流器入力段を有する。種々の実施形態は、図9に示したような直接直流給電を使用する医療装置808を有する。入力変圧器・整流器を排除することにより医療装置808のコストを低減しつつ医療装置808の効率が増加される。   A typical high power medical device 808, such as an MRI, X-ray, CT scanner, PET scanner, C-arm device, etc., has a transformer / rectifier input stage to generate a DC voltage on the order of 600 VDC. Various embodiments include a medical device 808 that uses direct DC power supply as shown in FIG. By eliminating the input transformer / rectifier, the efficiency of the medical device 808 is increased while the cost of the medical device 808 is reduced.

図10A〜図10Bは、交流負荷1008に直接直流給電を提供するための更なる実施形態のシステム1000、1001を示している。大型の交流機械は、概して、初めに、グリッド給電を整流し、その後、この整流された直流給電から、交流負荷(例えば、モータ)作動に所定周波数の交流電力を生成するモータドライバ又は負荷ドライバ又は可変周波数ドライブシステムにより電力を供給される。   10A-10B illustrate a further embodiment of a system 1000, 1001 for providing direct DC power to an AC load 1008. A large AC machine generally begins with rectifying the grid feed and then from this rectified DC feed a motor driver or load driver that generates AC power at a predetermined frequency for AC load (eg, motor) operation or Powered by a variable frequency drive system.

図10Aのシステム1000に示したように、少なくとも1つのパワーモジュール106は、直流出力電力(例えば、±380VDC)を生成する。直流出力電力は、DCバス812を介してIOM104に結合される。IOM104は、グリッド114に出力交流電力を送出するためのDC/ACコンバータ104Aを有する。DCバス812は、UPM102に結合される。UPM102は、顧客側の切替スイッチである切替スイッチ1010の「B」側給電部として提供される出力交流給電をバス820に提供するためのDC/ACコンバータ802を有する。切替スイッチ1010の「A」側給電部は、グリッド114からである。切替スイッチ1010からの交流電力は、モータドライバ1020の中間バスとして接続された直流出力電力(例えば、600VDC)を提供するためにAC/DCコンバータ1018において整流される。モータドライバ1020は、交流負荷1008での使用のための所定周波数において直流電力を交流電力に変換する。   As shown in system 1000 of FIG. 10A, at least one power module 106 generates direct current output power (eg, ± 380 VDC). DC output power is coupled to the IOM 104 via the DC bus 812. The IOM 104 has a DC / AC converter 104A for sending output AC power to the grid 114. DC bus 812 is coupled to UPM 102. The UPM 102 includes a DC / AC converter 802 for providing the bus 820 with an output AC power supply provided as a “B” -side power supply unit of the changeover switch 1010 that is a customer-side changeover switch. The “A” side power feeding unit of the changeover switch 1010 is from the grid 114. AC power from the changeover switch 1010 is rectified in an AC / DC converter 1018 to provide DC output power (eg, 600 VDC) connected as an intermediate bus for the motor driver 1020. Motor driver 1020 converts DC power into AC power at a predetermined frequency for use with AC load 1008.

UPM102は、バス812からの入力直流給電(例えば、±380VDC)から直流出力電力(例えば、600VDC)を提供するためのDC/DCコンバータ804を有する。UPM102からDCバス822を介してモータドライバ1020の中間バスに直流出力電力(例えば、600VDC)が提供される。   The UPM 102 includes a DC / DC converter 804 for providing DC output power (eg, 600 VDC) from an input DC power supply (eg, ± 380 VDC) from the bus 812. Direct current output power (for example, 600 VDC) is provided from the UPM 102 to the intermediate bus of the motor driver 1020 via the DC bus 822.

図10Bは、別の実施形態のシステム1001を示しており、このシステム1001においては、パワーモジュール106からの第1の直流出力電力(例えば、±380VDC)がDCバス812を介してIOM104に提供され、図10Aのシステム1000にあるように、インバータ104Aにより電力が交流に変換されてグリッド114に送出される。パワーモジュール106は、DC/DCコンバータ1006を有し、このDC/DCコンバータ1006は、直流出力電力の第2部分をバス822上の第2の電圧(例えば、600VDC)に変換し、これは、モータドライバ1020に直接給電されて交流負荷1008用の所定交流周波数に変換される。図10Bの実施形態においては、交流グリッド電力をモータドライバ1020用の直流給電に変換する整流器1018は必要ない。   FIG. 10B illustrates another embodiment of a system 1001 in which a first DC output power (eg, ± 380 VDC) from the power module 106 is provided to the IOM 104 via the DC bus 812. As shown in the system 1000 of FIG. 10A, power is converted into alternating current by the inverter 104 </ b> A and sent to the grid 114. The power module 106 includes a DC / DC converter 1006 that converts a second portion of DC output power to a second voltage on the bus 822 (eg, 600 VDC), which Power is directly supplied to the motor driver 1020 and converted to a predetermined AC frequency for the AC load 1008. In the embodiment of FIG. 10B, the rectifier 1018 that converts AC grid power to DC power feed for the motor driver 1020 is not required.

図10A及び図10Bのシステム1000、1001においては、モータドライバ1020の制動(又は装置停止)電流が、DCバス1013及びコンバータ1012を介してパワーモジュール106のDC(例えば、±380VDC)バス812上に配置され、PWM、IOM及び/又はUPMに配置されたエネルギ蓄積装置(ウルトラキャパシタ806等)に向けられるように、DC/DCコンバータ1012(又は双方向DC/DCコンバータ)が提供される。モータ制動又はデバイス停止電流は、IOMインバータ104Aを介してグリッド114に提供される。このことには、エネルギ顧客の場所にある双方向モータドライバが制動電力を使用するが、モータドライバインバータ1018が典型的にはUL1741/IEEE1547を遵守しておらず、この電力をユーティリティグリッドに送出することができず、メーターよりもエネルギ顧客側のキャンパス負荷への供給にのみ使用可能であり、さもなければ、抵抗負荷を使用しなければならないので、利益がある。   In systems 1000 and 1001 of FIGS. 10A and 10B, the braking (or device shutdown) current of motor driver 1020 is applied to DC (eg, ± 380 VDC) bus 812 of power module 106 via DC bus 1013 and converter 1012. A DC / DC converter 1012 (or bi-directional DC / DC converter) is provided to be placed and directed to an energy storage device (such as ultracapacitor 806) located in the PWM, IOM and / or UPM. Motor braking or device stop current is provided to the grid 114 via the IOM inverter 104A. To this end, the bi-directional motor driver at the energy customer's location uses braking power, but the motor driver inverter 1018 typically does not comply with UL1741 / IEEE 1547 and sends this power to the utility grid. Can only be used to supply the campus load on the energy customer side rather than the meter, otherwise there is a benefit because a resistive load must be used.

更なる実施形態において、図10A及び図10Bに示したような構成が電動鉄道機関車と併せて使用される。図10A及び図10Bに示したシステム1000、1001等の1つ以上の分散型電力システムは、鉄道線路上、例えば、1つ以上の鉄道の駅に設けられる。負荷1008は機関車である。機関車が発車すると、直流電力は、例えば、図10A及び図10Bに示したDCバス822を介して機関車に直接供給される。機関車が停止すると、制動動力は、例えば、DC/DCコンバータ1012及びDCバス1013を介してシステム1001、1001により受け取られる。   In a further embodiment, the configuration as shown in FIGS. 10A and 10B is used in conjunction with an electric railway locomotive. One or more distributed power systems, such as the systems 1000, 1001 shown in FIGS. 10A and 10B, are provided on a railroad track, eg, at one or more railroad stations. The load 1008 is a locomotive. When the locomotive departs, direct-current power is directly supplied to the locomotive, for example, via the DC bus 822 shown in FIGS. 10A and 10B. When the locomotive stops, the braking power is received by the systems 1001 and 1001 via the DC / DC converter 1012 and the DC bus 1013, for example.

図10A及び図10Bに示した構造は、四象限インバータの代わりにチョッパ負荷ドライバを用いる直流負荷に電力を供給するためにも用いられる。この種の負荷は、例えば、誘導炉である。図10A及び図10Bの構成は、X線機器を駆動する共振コンバータに給電される電力を製造検査用X線装置に提供するためにも使用される。   The structure shown in FIGS. 10A and 10B is also used to supply power to a DC load that uses a chopper load driver instead of a four quadrant inverter. This type of load is, for example, an induction furnace. The configuration shown in FIGS. 10A and 10B is also used to provide the power supplied to the resonant converter that drives the X-ray equipment to the manufacturing inspection X-ray apparatus.

図11は、1つ以上のパワーモジュール106及び/又は1つ以上のマイクロタービン発電機1106を用いて1つ以上の負荷1108に電力を供給するためのシステム1100の実施形態を示している。図11に示したように、マイクロタービン(M1)1106からの電力は整流器1116により直流電力に変換され、このDC給電(例えば、600VDC)はUPM102に接続されているDCバス822に提供される。1つ以上のパワーモジュール106は、1つ以上のマイクロタービン1106により補充され或いは置き換えられる。マイクロタービン1106からの電力は、例えば、DC/DCコンバータ1112及び回生蓄積装置1114(例えば、蓄電池、キャパシタ、フライホイール等)を介してUPM102に提供され、IOM104を介してグリッド114に送出される。尚、1つ以上のマイクロタービンジェネレータ1106は、前記実施形態の何れかの燃料電池パワーモジュール106の代わりに或いはこれと組み合わせても使用される。負荷1108には、グリッド114を介して及び/又はUPMからACバス820及びスイッチ1110を介して交流電力が提供される。負荷1108には、マイクロタービン1106からDC/DCコンバータ1112及びインバータ1115を介して追加の交流電力が提供される。負荷1108への直接直流給電は、上述したように、DCバス822から提供される。   FIG. 11 illustrates an embodiment of a system 1100 for supplying power to one or more loads 1108 using one or more power modules 106 and / or one or more microturbine generators 1106. As shown in FIG. 11, power from the micro turbine (M1) 1106 is converted into direct current power by a rectifier 1116, and this DC power supply (for example, 600 VDC) is provided to a DC bus 822 connected to the UPM 102. One or more power modules 106 are replenished or replaced by one or more microturbines 1106. The electric power from the micro turbine 1106 is provided to the UPM 102 via, for example, a DC / DC converter 1112 and a regenerative storage device 1114 (for example, a storage battery, a capacitor, a flywheel, etc.), and is sent to the grid 114 via the IOM 104. One or more micro turbine generators 1106 may be used in place of or in combination with any one of the fuel cell power modules 106 of the above-described embodiment. The load 1108 is provided with AC power via the grid 114 and / or from the UPM via the AC bus 820 and the switch 1110. Additional AC power is provided to the load 1108 from the micro turbine 1106 via the DC / DC converter 1112 and the inverter 1115. Direct DC power supply to the load 1108 is provided from the DC bus 822 as described above.

上述した種々の実施形態は、現地燃料貯蔵システムを含む。本明細書において用いたように、「現地」には、同じ建物内又は分散型ジェネレータ(例えば、パワーモジュール106)及び/又は負荷の近傍(例えば、半径0.1マイル内)が含まれる。種々の実施形態において、燃料は、(例えば、ガス貯蔵シリンダ又は容器内の)貯蔵圧縮天然ガス、貯蔵液化天然ガス、プロパン(例えば、プロパンタンク)等の貯蔵液化石油、エタノール、ディーゼル、液化水素、貯蔵圧縮水素及び/又はアンモニアである。   The various embodiments described above include an on-site fuel storage system. As used herein, “on-site” includes within the same building or distributed generator (eg, power module 106) and / or near a load (eg, within a 0.1 mile radius). In various embodiments, the fuel is stored compressed natural gas (eg, in a gas storage cylinder or vessel), stored liquefied natural gas, stored liquefied petroleum such as propane (eg, propane tank), ethanol, diesel, liquefied hydrogen, Storage compressed hydrogen and / or ammonia.

種々の実施形態において、燃料電池パワーモジュール、マイクロタービン等の分散型発電機を用いて1つ以上の負荷に電力を供給するシステムは、分散型発電機のための少なくとも2つの燃料入力を有し、少なくとも1つの燃料入力が現地燃料貯蔵システムからの燃料を含む。1つの実施形態において、1つ目の燃料入力は、遠隔供給源(例えば、天然ガスパイプライン)から供給される燃料であり、2つ目の燃料入力は、現地燃料貯蔵システムである。例えば、1つ目の燃料入力の供給が中断したとき、及び/又は、1つ目の燃料入力のコストが2つ目の燃料入力のコストを超えたとき、及び/又は、1つ目の燃料入力の供給の中断が予測され(例えば、津波や地震等の自然災害の場合)、こうした災害時に生き残るには2つ目の燃料入力が堅いときに、システムは、1つ目の燃料入力から2つ目の燃料入力にシフトするように構成されている。   In various embodiments, a system for powering one or more loads using a distributed generator, such as a fuel cell power module, a micro turbine, etc., has at least two fuel inputs for the distributed generator. , At least one fuel input includes fuel from a local fuel storage system. In one embodiment, the first fuel input is fuel supplied from a remote source (eg, a natural gas pipeline) and the second fuel input is a local fuel storage system. For example, when the supply of the first fuel input is interrupted and / or when the cost of the first fuel input exceeds the cost of the second fuel input and / or the first fuel When a supply interruption is predicted (for example in the case of a natural disaster such as a tsunami or earthquake) and the second fuel input is stiff to survive in such a disaster, the system It is configured to shift to the first fuel input.

種々の実施形態は、出力電力を生成する少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールと、少なくとも1つのパワーモジュールとグリッドとの間に電気的に結合された少なくとも1つの電力調整構成要素を有する第1モジュールと、少なくとも1つのパワーモジュールと負荷のB側給電部との間で電気的に結合された少なくとも1つの電力調整構成要素を有する第2モジュールと、を有する分散型発電システムを有し、負荷のA側給電部がグリッドを介してパワーモジュールに電気的に結合されている。   Various embodiments include at least one power module having at least one fuel cell segment that generates output power, and at least one power conditioning component electrically coupled between the at least one power module and the grid. And a second module having at least one power conditioning component electrically coupled between the at least one power module and the B-side power supply of the load. And the A-side power feeding portion of the load is electrically coupled to the power module via the grid.

種々の実施形態において、第2モジュールは交流電力出力を負荷のB側給電部に提供するためのインバータを有する無停電パワーモジュール(UPM)を有する。   In various embodiments, the second module comprises an uninterruptible power module (UPM) having an inverter for providing an AC power output to the B-side power feed of the load.

更なる実施形態において、UPMはパワーモジュールからの入力直流給電をDCバス上の直流出力給電に変換するDC/DCコンバータを有する。   In a further embodiment, the UPM has a DC / DC converter that converts the input DC feed from the power module to a DC output feed on the DC bus.

更なる実施形態において、DCバスは直接直流給電を負荷に提供するために負荷に電気的に結合されている。   In a further embodiment, the DC bus is electrically coupled to the load to provide direct DC power to the load.

更なる実施形態において、無停電パワーモジュールは補助電力源から電力を取り込むための整流器を有する。   In a further embodiment, the uninterruptible power module has a rectifier for taking power from an auxiliary power source.

更なる実施形態において、補助電力源はグリッドを含む。   In a further embodiment, the auxiliary power source includes a grid.

更なる実施形態において、無停電パワーモジュールはエネルギ蓄積装置を含む。   In a further embodiment, the uninterruptible power module includes an energy storage device.

更なる実施形態において、エネルギ蓄積装置はウルトラキャパシタを含む。   In a further embodiment, the energy storage device includes an ultracapacitor.

更なる実施形態において、負荷への電力の少なくとも一部はマイクロタービン発電機により提供される。   In further embodiments, at least a portion of the power to the load is provided by a microturbine generator.

更なる実施形態において、システムは少なくとも1つの燃料電池セグメントのための少なくとも2つの燃料入力を有し、少なくとも1つの燃料入力は現地に貯蔵されている燃料を含む。   In a further embodiment, the system has at least two fuel inputs for at least one fuel cell segment, and the at least one fuel input includes fuel stored locally.

更なる実施形態において、システムは、第1燃料入力の中断の予測又は実際の中断或いは第1燃料入力と第2燃料入力との間の相対価格の変化に応答して第1燃料入力から第2燃料入力に切り替わるように構成されている。   In a further embodiment, the system may receive a second fuel input from the first fuel input in response to a predicted or actual interruption of the first fuel input or a change in relative price between the first fuel input and the second fuel input. It is configured to switch to fuel input.

種々の実施形態は、出力電力を生成する少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールと、少なくとも1つのパワーモジュールと負荷の直接直流給電部との間に電気的に結合された少なくとも1つの電力調整構成要素を有する少なくとも1つの無停電パワーモジュールと、を有する分散型発電システムを有し、少なくとも1つのパワーモジュールにより生成された出力電力の少なくとも一部は、入力DCバスを介して少なくとも1つの無停電パワーモジュールに第1電圧で提供され、DC出力バスを介して少なくとも1つの無停電パワーモジュールから負荷に第1電圧とは異なる第2電圧で提供される。   Various embodiments include at least one power module having at least one fuel cell segment that generates output power, and at least one electrically coupled between the at least one power module and a direct DC power source of the load. At least one uninterruptible power module having one power conditioning component, and at least a portion of the output power generated by the at least one power module is at least via an input DC bus One uninterruptible power module is provided with a first voltage and via a DC output bus from at least one uninterruptible power module to a load at a second voltage different from the first voltage.

更なる実施形態において、少なくとも1つの電力調整構成要素はDC/DCコンバータを含む。   In a further embodiment, the at least one power conditioning component includes a DC / DC converter.

更なる実施形態において、第2電圧は第1電圧よりも高い。   In a further embodiment, the second voltage is higher than the first voltage.

更なる実施形態において、第2電圧は第1電圧よりも低い。   In a further embodiment, the second voltage is lower than the first voltage.

更なる実施形態において、少なくとも1つの無停電パワーモジュールはDC出力バスを介して調整可能な出力電圧を提供するように構成されている。   In a further embodiment, the at least one uninterruptible power module is configured to provide an adjustable output voltage via a DC output bus.

更なる実施形態において、第1電圧は±380VDCであり、第2電圧は600VDCである。   In a further embodiment, the first voltage is ± 380 VDC and the second voltage is 600 VDC.

更なる実施形態において、少なくとも1つのパワーモジュールからの総出力電力は、負荷に電力供給するために必要な総電力の少なくとも約100%である。   In a further embodiment, the total output power from the at least one power module is at least about 100% of the total power required to power the load.

更なる実施形態において、負荷に電力を提供するためにグリッドから引き出される正味電力は実質的にゼロである。   In a further embodiment, the net power drawn from the grid to provide power to the load is substantially zero.

更なる実施形態において、少なくとも1つの無停電パワーモジュールは、負荷へのB側給電として提供される交流電力に少なくとも1つのパワーモジュールにより生成された出力電力の少なくとも一部を変換するためのインバータを有する。   In a further embodiment, the at least one uninterruptible power module includes an inverter for converting at least a portion of the output power generated by the at least one power module into AC power provided as a B-side feed to the load. Have.

更なる実施形態において、負荷へのA側給電はグリッドにより提供される。   In a further embodiment, the A side feed to the load is provided by a grid.

更なる実施形態において、負荷は、DC出力バスから直流電力を受け取る1つの機関車、1つの誘導炉、及び、製造検査に用いられる1つのX線装置の少なくとも1つである。   In a further embodiment, the load is at least one of a locomotive that receives DC power from a DC output bus, an induction furnace, and an X-ray device used for manufacturing inspection.

更なる実施形態において、システムは、複数の負荷へのDC出力バスを介した電力供給を制御するためのシーケンシングコントローラを有する。   In a further embodiment, the system has a sequencing controller for controlling power supply via a DC output bus to multiple loads.

更なる実施形態において、シーケンシングコントローラは、過度のピーク電力引出を最小化するために負荷への電力の供給における遅延を提供するように構成されている。   In a further embodiment, the sequencing controller is configured to provide a delay in supplying power to the load to minimize excessive peak power draw.

更なる実施形態において、シーケンシングコントローラは、負荷の予め定められた優先順位に基づき負荷への電力の供給を制御するように構成されている。   In a further embodiment, the sequencing controller is configured to control the supply of power to the load based on a predetermined priority of the load.

種々の実施形態は、負荷に電力を提供する方法であって、少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを用いて出力電力を生成するステップと、出力電力の第1部分をグリッドを介して負荷のA側給電部に提供するステップと、出力電力の第2部分を負荷のB側給電部に提供するステップと、を具備する方法を含む。   Various embodiments are methods for providing power to a load, wherein the output power is generated using at least one power module having at least one fuel cell segment, and a first portion of the output power is gridded. And providing a second portion of the output power to the B-side power supply of the load.

更なる実施形態において、前記方法は、無停電パワーモジュールと負荷のB側給電部との間に電気的に結合された少なくとも1つの補助電源を提供するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises providing at least one auxiliary power source electrically coupled between the uninterruptible power module and the B-side power supply of the load.

更なる実施形態において、補助電源は第2グリッドを含む。   In a further embodiment, the auxiliary power source includes a second grid.

更なる実施形態において、前記方法は、電力探索スイッチを使用したA側給電部及びB側給電部の少なくとも一方を介した負荷への連続的な電力を維持するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises maintaining continuous power to a load via at least one of an A-side power supply and a B-side power supply using a power search switch.

更なる実施形態において、前記方法は、グリッドに電力を提供する前に、インバータを用いて直流電力から交流電力に電力出力の第1部分を変換するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises converting a first portion of the power output from DC power to AC power using an inverter prior to providing power to the grid.

更なる実施形態において、前記方法は、負荷のB側給電部に電力を提供する前に、インバータを用いて直流電力を交流電力に電力出力の第2部分の少なくとも一部を変換するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises using an inverter to convert at least a portion of the second portion of the power output into AC power using an inverter before providing power to the B-side power supply of the load. To do.

更なる実施形態において、前記方法は、DC/DCコンバータにより第1電圧の直流電力から、第1電圧とは異なる第2電圧の直流電力に電力出力の第2部分の少なくとも一部を変換するステップと、第2電圧の直流電力を負荷に提供するステップと、を具備する。   In a further embodiment, the method includes converting at least a portion of the second portion of the power output from DC power at the first voltage to DC power at a second voltage different from the first voltage by a DC / DC converter. And providing DC power of the second voltage to the load.

更なる実施形態において、第1電圧は±380VDCであり、第2電圧は400〜600VDCである。   In a further embodiment, the first voltage is ± 380 VDC and the second voltage is 400-600 VDC.

更なる実施形態において、前記方法は、マイクロタービンを用いて電力を生成するステップと、マイクロタービンから負荷に電力を提供するステップと、を具備する。   In a further embodiment, the method includes generating power using a microturbine and providing power from the microturbine to a load.

更なる実施形態において、前記方法は、第1燃料源からの第1燃料入力を用いて燃料を燃料電池セグメントに提供するステップと、現地に貯蔵されている燃料である第2燃料源から燃料電池セグメントへの第2燃料入力に切り替えるステップと、を具備する。   In a further embodiment, the method includes providing fuel to a fuel cell segment using a first fuel input from a first fuel source, and a fuel cell from a second fuel source that is locally stored fuel. Switching to a second fuel input to the segment.

更なる実施形態において、切替は、第1燃料入力の中断の予測或いは実際の中断又は第1燃料入力と第2燃料入力との間の相対価格の変化に応答して行われる。   In a further embodiment, the switching is performed in response to a predicted or actual interruption of the first fuel input or a change in relative price between the first fuel input and the second fuel input.

種々の実施形態は、負荷に電力を提供する方法であって、少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを用いて出力電力を生成するステップと、出力電力の第1部分をグリッドに提供するステップと、第1電圧から第2電圧に出力電力を変換するDC/DCコンバータに出力電力の第2部分を提供するステップと、第2電圧の出力電力を負荷に提供ステップと、を具備する方法を含む。   Various embodiments are methods for providing power to a load, wherein the output power is generated using at least one power module having at least one fuel cell segment, and a first portion of the output power is gridded. Providing a second portion of the output power to a DC / DC converter that converts the output power from the first voltage to the second voltage; and providing the output power of the second voltage to the load. Including methods to do.

更なる実施形態において、第2電圧は第1電圧よりも高い。   In a further embodiment, the second voltage is higher than the first voltage.

更なる実施形態において、第2電圧は第1電圧よりも低い。   In a further embodiment, the second voltage is lower than the first voltage.

更なる実施形態において、第2電圧は調整可能である。   In a further embodiment, the second voltage is adjustable.

更なる実施形態において、第1電圧は±380VDCであり、第2電圧は600VDCである。   In a further embodiment, the first voltage is ± 380 VDC and the second voltage is 600 VDC.

更なる実施形態において、出力電力の第1部分をグリッドに提供するステップは、グリッドへの送出のために電力を直流電力から交流電力に変換するインバータに前記第1部分を提供するステップを更に有する。   In a further embodiment, providing a first portion of output power to the grid further comprises providing the first portion to an inverter that converts power from DC power to AC power for delivery to the grid. .

更なる実施形態において、少なくとも1つのパワーモジュールからの総出力電力は、負荷に電力供給するために必要な総電力の少なくとも約100%である。   In a further embodiment, the total output power from the at least one power module is at least about 100% of the total power required to power the load.

更なる実施形態において、負荷に電力を提供するためにグリッドから引き出される正味電力は実質的にゼロである。   In a further embodiment, the net power drawn from the grid to provide power to the load is substantially zero.

更なる実施形態において、前記方法は、第3部分を交流電力に変換するインバータに出力電力の第3部分を提供するステップと、出力電力のAC変換された第3部分を負荷のB側給電部に提供するステップと、を具備する。   In a further embodiment, the method includes providing a third portion of the output power to an inverter that converts the third portion to AC power, and converting the AC converted third portion of the output power to a B-side power feed for the load. Providing the steps.

更なる実施形態において、負荷のA側給電はグリッドにより提供される。   In a further embodiment, the A-side feed of the load is provided by a grid.

更なる実施形態において、第2電圧の出力電力を負荷に提供するステップは、少なくとも1つの医療装置に電力供給するために複数の別個の直流出力を提供するための医療装置DC/DCコンバータへの入力として第2電圧の出力電力を提供するステップを有する。   In a further embodiment, providing the output power of the second voltage to the load is to a medical device DC / DC converter for providing a plurality of separate direct current outputs to power at least one medical device. Providing an output power of a second voltage as an input.

更なる実施形態において、第2電圧の出力電力を負荷に提供するステップは、少なくとも1つの交流負荷用の所定交流周波数への変換を行うモータドライバへの入力として第2電圧の出力電力を提供するステップを有する。   In a further embodiment, the step of providing the output power of the second voltage to the load provides the output power of the second voltage as an input to a motor driver that converts to a predetermined AC frequency for at least one AC load. Has steps.

更なる実施形態において、第2電圧の出力電力を負荷に提供するステップは、1つの機関車、1つの誘導炉、及び、製造検査に使用されるX線装置の少なくとも1つに第2電圧の出力電力を提供するステップを有する。   In a further embodiment, providing the output power of the second voltage to the load comprises applying the second voltage to at least one of one locomotive, one induction furnace, and an x-ray device used for manufacturing inspection. Providing output power.

更なる実施形態において、前記方法は、負荷からの制動電流を受け取るステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises receiving a braking current from a load.

更なる実施形態において、前記方法は、制動電流からの電力の少なくとも一部をグリッドに提供するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises providing at least a portion of the power from the braking current to the grid.

更なる実施形態において、前記方法は、制動電流からの電力の少なくとも一部をエネルギ蓄積装置に蓄積するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises storing at least a portion of the power from the braking current in an energy storage device.

更なる実施形態において、前記方法は、複数の負荷への第2電圧の出力電力の供給を制御するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises the step of controlling the supply of the second voltage output power to the plurality of loads.

更なる実施形態において、前記供給を制御するステップは、過度のピーク電力の引出を最小化するために負荷への電力供給の遅延を提供するステップを有する。   In a further embodiment, controlling the supply comprises providing a delay in power supply to the load to minimize excessive peak power draw.

更なる実施形態において、前記供給を制御するステップは、負荷の予め定められた優先順位に基づき負荷に電力を供給するステップを有する。   In a further embodiment, controlling the supply includes supplying power to the load based on a predetermined priority of the load.

更なる実施形態において、前記方法は、少なくとも1つのマイクロタービン発電機を用いて負荷用の電力の少なくとも一部を生成するステップを具備する。   In a further embodiment, the method comprises generating at least a portion of power for a load using at least one microturbine generator.

上記方法の説明は単なる例として提供したものであり、種々の実施形態のステップを説明した順序で実行しなければならいことを要求し又は暗示することを意図するものではない。上記実施形態のステップの順序が他の順序で実行されてもよいことは当業者には明らかである。更に「その後」「次いで」「次の」等の用語は、ステップの順序を制限するものではなく、これら用語は単に方法の説明を通じて読者を導くために用いたものである。   The above method descriptions are provided by way of example only and are not intended to require or imply that the steps of the various embodiments must be performed in the order described. It will be apparent to those skilled in the art that the order of the steps of the above embodiments may be performed in other orders. Furthermore, terms such as “after”, “next”, “next” do not limit the order of the steps, and these terms are merely used to guide the reader through the description of the method.

例示的な実施形態を説明するために1つ以上のブロック/フロー図を使用した。これらブロック/フロー図の使用は作動の実行順序に関する限定を意味するものではない。例示的な実施形態の上記説明は、例示及び説明のために提示したものである。これは、開示した明確な形態に関し、網羅的又は限定的であることを意図せず、上記技術に鑑み、変更や修正を加えることが可能であるし、開示した実施形態からも変更や修正を得ることもできる。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲により規定される。   One or more block / flow diagrams have been used to describe exemplary embodiments. The use of these block / flow diagrams does not imply limitations on the order of execution of operations. The above description of exemplary embodiments has been presented for purposes of illustration and description. This is not intended to be exhaustive or limiting with respect to the disclosed clear forms, and changes and modifications can be made in view of the above technology, and changes and modifications can be made from the disclosed embodiments. It can also be obtained. The scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

制御要素(例えば、コントローラ826)は、特定の機能を実行するための命令でプログラムされたプロセッサ、メモリ及びその他の構成要素を有するコンピューティングデバイス(コンピュータ等)を用いて実現されてもよいし、特定の機能を実行するように設計されたプロセッサで実現されてもよい。プロセッサは、例えば、本明細書で説明した種々の実施形態の機能を含む種々の機能を実行するためにソフトウェア命令(アプリケーション)により構成可能なプログララマブルマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ又は複数のプロセッサを備えた1つ又は複数のチップである。幾つかのコンピューティングデバイスにおいては、複数のプロセッサが設けられる。典型的には、ソフトウェアアプリケーションは、それがアクセスされてプロセッサにローディングされる前に内部メモリに格納される。幾つかのコンピューティングデバイスにおいては、プロセッサは、アプリケーションソフトウェア命令を格納するのに十分な内部メモリを有する。   A control element (eg, controller 826) may be implemented using a computing device (such as a computer) having a processor, memory, and other components programmed with instructions to perform a particular function, It may be implemented with a processor designed to perform a specific function. The processor comprises a programmable microprocessor, microcomputer or multiple processors that can be configured by software instructions (applications) to perform various functions, including, for example, the functions of the various embodiments described herein. One or more chips. In some computing devices, multiple processors are provided. Typically, a software application is stored in internal memory before it is accessed and loaded into the processor. In some computing devices, the processor has sufficient internal memory to store application software instructions.

本明細書に開示された実施形態に関連して説明した種々の例示的なロジックブロック、モジュール、回路及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア又はこれらの組合せとして実現される。こうしたハードウェア及びソフトウェアの互換性を明確に示すために、種々の例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路及びステップは、これらの機能の観点から概して上述した。こうした機能がハードウェアとして実現されるかソフトウェアとして実現されるかは、特定のアプリケーション及びシステム全体に課された設計制約に依存する。当業者は、特定のアプリケーション毎に異なるように上記機能を実現することができるが、そうした実現の決定は、本発明の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきではない。   The various exemplary logic blocks, modules, circuits, and algorithm steps described in connection with the embodiments disclosed herein are implemented as electronic hardware, computer software, or combinations thereof. To clearly illustrate such hardware and software compatibility, various illustrative components, blocks, modules, circuits, and steps have been described above generally in terms of their functionality. Whether these functions are implemented as hardware or software depends on specific applications and design constraints imposed on the entire system. Those skilled in the art can implement the above functions differently for each particular application, but such implementation decisions should not be construed as causing deviations from the scope of the present invention.

本明細書で開示した態様に関連して説明した種々の例示的なロジック、ロジックブロック、モジュール及び回路を実現するために用いられるハードウェアは、本明細書に記載の機能を実行するように設計された汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)又は他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント又はそれらの任意の組み合わせにより実現され或いは実行される。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでもよいが、代わりに、プロセッサは、従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又はステートマシンであってもよい。また、プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連係した1つ以上のマイクロプロセッサ又はその他のこうした構成として実現される。或いは、幾つかのブロック又は方法は、所与の機能に固有の回路により実行されてもよい。   The hardware used to implement the various exemplary logic, logic blocks, modules, and circuits described in connection with the aspects disclosed herein is designed to perform the functions described herein. General purpose processor, digital signal processor (DSP), application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA) or other programmable logic device, discrete gate or transistor logic, discrete hardware components or any of them Realized or implemented in combination. A general purpose processor may be a microprocessor, but in the alternative, the processor may be any conventional processor, controller, microcontroller, or state machine. The processor may also be implemented as a combination of computing devices, such as a combination of a DSP and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors associated with a DSP core, or other such configuration. Alternatively, some blocks or methods may be performed by circuitry specific to a given function.

開示した実施形態に関する上記説明は、説明した実施形態を当業者が作製し或いは使用することができるように提供されたものである。これら実施形態に対する種々の変更は、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定義された一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用可能である。従って、本発明は、ここに示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び本明細書に開示した原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲に一致するものである。   The above description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the described embodiments. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the disclosure. . Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the claims and the principles and novel features disclosed herein.

Claims (41)

出力電力を生成するように構成された少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールと、
前記少なくとも1つのパワーモジュールと1つのグリッドとの間に電気的に結合された少なくとも1つの電力調整構成要素を有する少なくとも1つの第1出力モジュールと、
前記少なくとも1つのパワーモジュールが前記少なくとも1つの第1出力モジュールを介して負荷のA側給電部に電力を供給するように構成されるように前記負荷の前記A側給電部に前記グリッドを電気的に接続する第1バスと、
前記少なくとも1つのパワーモジュールと前記負荷のB側給電部との間に電気的に結合された少なくとも1つの電力調整構成要素を有する少なくとも1つの第2出力モジュールと、
を具備する発電システム。
At least one power module having at least one fuel cell segment configured to generate output power;
At least one first output module having at least one power conditioning component electrically coupled between the at least one power module and a grid;
The grid is electrically connected to the A-side power supply of the load such that the at least one power module is configured to supply power to the A-side power supply of the load via the at least one first output module. A first bus connected to
At least one second output module having at least one power conditioning component electrically coupled between the at least one power module and a B-side feed of the load;
A power generation system comprising:
請求項1に記載の発電システムにおいて、
前記負荷がIT負荷を含み、
前記少なくとも1つの第1出力モジュールが入出力モジュールを含み、
前記少なくとも1つの第2出力モジュールが少なくとも1つの無停電パワーモジュールを含み、
前記少なくとも1つのパワーモジュールにより生成される出力電力の第1部分が前記少なくとも1つの入出力モジュールを介して前記グリッドに提供されると共に該グリッドから前記負荷の前記A側給電部に提供され、
前記少なくとも1つのパワーモジュールにより生成された出力電力の第2部分が前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールを介して前記負荷の前記B側給電部に提供される、
発電システム。
The power generation system according to claim 1,
The load includes an IT load;
The at least one first output module includes an input / output module;
The at least one second output module includes at least one uninterruptible power module;
A first portion of output power generated by the at least one power module is provided to the grid via the at least one input / output module and from the grid to the A-side power supply of the load;
A second portion of output power generated by the at least one power module is provided to the B-side power feed of the load via the at least one uninterruptible power module;
Power generation system.
請求項1に記載の発電システムにおいて、前記出力電力の前記第1部分が前記少なくとも1つのパワーモジュールからの総出力電力の約50%であり、前記出力電力の前記第2部分が前記少なくとも1つのパワーモジュールからの前記総出力電力の約50%である、発電システム。   The power generation system of claim 1, wherein the first portion of the output power is about 50% of the total output power from the at least one power module, and the second portion of the output power is the at least one one. A power generation system that is approximately 50% of the total output power from the power module. 請求項1に記載の発電システムにおいて、前記少なくとも1つのパワーモジュールからの総出力電力が前記負荷に電力供給するために必要な総電力の少なくとも約100%である、発電システム。   The power generation system of claim 1, wherein the total output power from the at least one power module is at least about 100% of the total power required to power the load. 請求項1に記載の発電システムにおいて、前記負荷に電力を提供するために前記グリッドから引き出される正味電力が実質的にゼロである、発電システム。   The power generation system of claim 1, wherein the net power drawn from the grid to provide power to the load is substantially zero. 請求項1に記載の発電システムにおいて、前記IT負荷がデータセンターに配置されたコンピュータ、サーバー、ルーター、ラック及び電源接続部の少なくとも1つを含む、発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the IT load includes at least one of a computer, a server, a router, a rack, and a power connection unit arranged in a data center. 請求項1に記載の発電システムにおいて、前記グリッドと前記負荷の前記A側給電部との間に電気的に結合されたディーゼルジェネレータ及び無停電電源の少なくとも1つを更に具備する、発電システム。   2. The power generation system according to claim 1, further comprising at least one of a diesel generator and an uninterruptible power supply electrically coupled between the grid and the A-side power feeding unit of the load. 請求項2に記載の発電システムにおいて、前記無停電パワーモジュールと前記負荷の前記B側給電部との間に電気的に結合された少なくとも1つの補助電源を更に具備する、発電システム。   3. The power generation system according to claim 2, further comprising at least one auxiliary power source electrically coupled between the uninterruptible power module and the B-side power feeding unit of the load. 前記補助電源が第2グリッドを有する、請求項8に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 8, wherein the auxiliary power source has a second grid. 請求項8に記載の発電システムにおいて、前記無停電パワーモジュールの出力と前記補助電源との間に配置された切替スイッチを更に具備し、前記切替スイッチからの出力が前記負荷の前記B側給電部に提供される、発電システム。   9. The power generation system according to claim 8, further comprising a changeover switch disposed between an output of the uninterruptible power module and the auxiliary power supply, wherein an output from the changeover switch is the B-side power feeding unit of the load. Provided to the power generation system. 請求項8に記載の発電システムにおいて、前記無停電パワーモジュールの出力と前記補助電源との間に配置された力率改善整流器を更に具備し、前記力率改善整流器からの出力が前記負荷の前記B側給電部に提供される、発電システム。   9. The power generation system according to claim 8, further comprising a power factor correction rectifier disposed between an output of the uninterruptible power module and the auxiliary power source, and an output from the power factor correction rectifier is the load of the load. A power generation system provided to the B-side power feeding unit. 前記力率改善整流器が絶縁バイポーラトランジスタ(IGBT)整流器である、請求項11に記載の発電システム。   The power generation system of claim 11, wherein the power factor correction rectifier is an insulated bipolar transistor (IGBT) rectifier. 請求項1に記載の発電システムにおいて、前記負荷が前記A側給電部及び前記B側給電部の少なくとも1つを介した当該負荷への継続的な電力を維持するための電力探索スイッチを有する、発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the load includes a power search switch for maintaining continuous power to the load via at least one of the A-side power supply unit and the B-side power supply unit. Power generation system. 請求項1に記載の発電システムにおいて、前記負荷が前記A側給電部及び前記B側給電部の少なくとも1つから電力を競売の形式で引き出す2組の電力回路を備えたデュアルコード電源を有する、発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the load includes a dual cord power source including two sets of power circuits that draw power from at least one of the A side feeding unit and the B side feeding unit in the form of an auction. Power generation system. 前記負荷が1つ以上の医療装置を含む、請求項1に記載の発電システム。   The power generation system of claim 1, wherein the load includes one or more medical devices. 前記負荷が1つ以上の交流負荷を含む、請求項1に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the load includes one or more AC loads. 請求項1に記載の発電システムにおいて、前記負荷が機関車、誘導炉及び製造検査用X線機械の少なくとも1つを含む、発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the load includes at least one of a locomotive, an induction furnace, and an X-ray machine for manufacturing inspection. 請求項2に記載の発電システムにおいて、前記少なくとも1つの入出力モジュールの前記少なくとも1つの電力調整構成要素が交流電力出力を前記グリッドに提供するためのインバータを含む、発電システム。   The power generation system of claim 2, wherein the at least one power conditioning component of the at least one input / output module includes an inverter for providing an AC power output to the grid. 請求項2に記載の発電システムにおいて、前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールの前記少なくとも1つの電力調整構成要素が交流電力出力を前記負荷の前記B側給電部に提供するためのインバータを含む、発電システム。   The power generation system of claim 2, wherein the at least one power conditioning component of the at least one uninterruptible power module includes an inverter for providing an AC power output to the B-side power feed of the load. system. 請求項19に記載の発電システムにおいて、前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールが前記少なくとも1つのパワーモジュールからの入力直流給電をDCバス上の出力直流給電に変換するDC/DCコンバータを有する、発電システム。   20. The power generation system according to claim 19, wherein the at least one uninterruptible power module includes a DC / DC converter that converts an input DC power supply from the at least one power module into an output DC power supply on a DC bus. . 請求項20に記載の発電システムにおいて、前記DCバスの電圧が前記少なくとも1つのパワーモジュールからの入力直流給電の電圧とは異なる、発電システム。   21. The power generation system according to claim 20, wherein a voltage of the DC bus is different from a voltage of an input DC power supply from the at least one power module. 前記DCバスの電圧が400〜600VDCである、請求項21に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 21, wherein a voltage of the DC bus is 400 to 600 VDC. 前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールがエネルギ蓄積装置を有する、請求項20に記載の発電システム。   The power generation system of claim 20, wherein the at least one uninterruptible power module comprises an energy storage device. 出力電力を生成する少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールと、
少なくとも1つのDC/ACインバータと、前記少なくとも1つのパワーモジュールと負荷の直接直流給電部との間に電気的に結合された少なくとも1つのDC/DCコンバータと、を有する少なくとも1つ無停電パワーモジュールと、
前記少なくとも1つのパワーモジュールと前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールとを電気的に接続するDC入力バスと、
前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールと負荷とを電気的に接続するDC出力バスと、
を具備し、
前記少なくとも1つのパワーモジュールにより生成される出力電力の少なくとも一部が前記DC入力バスを介して前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールに第1電圧で提供され、該少なくとも1つの無停電パワーモジュールから前記DC出力バスを介して前記負荷に前記第1電圧とは異なる第2電圧で提供される、
発電システム。
At least one power module having at least one fuel cell segment that produces output power;
At least one uninterruptible power module having at least one DC / AC inverter and at least one DC / DC converter electrically coupled between the at least one power module and a direct DC power supply of a load When,
A DC input bus electrically connecting the at least one power module and the at least one uninterruptible power module;
A DC output bus electrically connecting the at least one uninterruptible power module and a load;
Comprising
At least a portion of the output power generated by the at least one power module is provided at a first voltage to the at least one uninterruptible power module via the DC input bus from the at least one uninterruptible power module. Provided to the load via a DC output bus at a second voltage different from the first voltage;
Power generation system.
請求項24に記載の発電システムにおいて、前記少なくとも1つのパワーモジュールにより生成された出力電力の一部をグリッドに提供するために前記少なくとも1つのパワーモジュールに電気的に結合されたインバータを有する少なくとも1つの入出力モジュールを更に具備し、前記少なくとも1つの無停電パワーモジュールが前記DC/ACインバータを介して前記グリッドから電力を受け取るように構成されている、発電システム。   25. The power generation system of claim 24, comprising at least one inverter electrically coupled to the at least one power module to provide a portion of the output power generated by the at least one power module to the grid. A power generation system further comprising one input / output module, wherein the at least one uninterruptible power module is configured to receive power from the grid via the DC / AC inverter. 請求項24に記載の発電システムにおいて、前記負荷が少なくとも1つの医療装置を含み、複数の個別の直流出力を提供して前記少なくとも1つの医療装置に給電するための医療装置DC/DCコンバータへの入力として前記DC出力バスからの電力が提供される、発電システム。   25. The power generation system of claim 24, wherein the load includes at least one medical device and provides a plurality of individual direct current outputs to supply the at least one medical device to a medical device DC / DC converter. A power generation system in which power from the DC output bus is provided as input. 請求項24に記載の発電システムにおいて、前記負荷が少なくとも1つの交流負荷を含み、前記少なくとも1つの交流負荷のための所定交流周波数への変換を行うモータドライバへの入力として前記DC出力バスからの電力が提供される、発電システム。   25. The power generation system of claim 24, wherein the load includes at least one AC load, and from the DC output bus as an input to a motor driver that performs conversion to a predetermined AC frequency for the at least one AC load. A power generation system that provides power. 請求項24に記載の発電システムにおいて、前記負荷からの制動電流が前記DC入力バスに提供されるように前記DC入力バスが前記負荷に接続されており、前記制動電流からの電力の少なくとも一部が前記グリッドに給電され、前記制動電流からの電力の少なくとも一部がエネルギ蓄積装置に蓄積される、発電システム。   25. The power generation system of claim 24, wherein the DC input bus is connected to the load such that a braking current from the load is provided to the DC input bus, and at least a portion of the power from the braking current. Is fed to the grid, and at least part of the power from the braking current is stored in an energy storage device. 前記DC出力バスに電気的に結合された少なくとも1つのマイクロタービン発電機を更に具備する、請求項24に記載の発電システム。   25. The power generation system of claim 24, further comprising at least one microturbine generator electrically coupled to the DC output bus. 負荷に電力を提供する方法であって、
少なくとも1つの燃料電池セグメントを有する少なくとも1つのパワーモジュールを用いて出力電力を生成するステップと、
前記出力電力の第1部分をグリッドを介して前記負荷のA側給電部に提供するステップと、
前記出力電力の第2部分を前記負荷のB側給電部に提供するステップと、
を具備する、方法。
A method for providing power to a load comprising:
Generating output power using at least one power module having at least one fuel cell segment;
Providing a first portion of the output power to the A-side power feed of the load via a grid;
Providing a second portion of the output power to a B-side power feed of the load;
A method comprising:
前記負荷がIT負荷を含む、請求項30に記載の方法。   The method of claim 30, wherein the load comprises an IT load. 請求項30に記載の方法において、前記第1部分を提供するステップが前記少なくとも1つのパワーモジュールからの総出力電力の約50%を前記グリッドに提供するステップを有し、前記第2部分を提供するステップが前記少なくとも1つのパワーモジュールからの前記総電力の約50%を前記B側給電部に提供するステップを有する、方法。   31. The method of claim 30, wherein providing the first portion comprises providing the grid with about 50% of the total output power from the at least one power module and providing the second portion. And the step of providing approximately 50% of the total power from the at least one power module to the B-side power supply. 請求項30に記載の方法において、前記出力電力を生成するステップが前記負荷に電力供給するために必要な総電力の少なくとも約100%を生成するステップを有する、方法。   32. The method of claim 30, wherein generating the output power comprises generating at least about 100% of the total power required to power the load. 請求項30に記載の方法において、前記少なくとも1つのパワーモジュールにより供給される出力電力に加えて、前記グリッドから前記負荷により引き出される正味電力が実質的にゼロであるように前記負荷に電力が供給される、方法。   31. The method of claim 30, wherein in addition to the output power supplied by the at least one power module, power is supplied to the load such that the net power drawn by the load from the grid is substantially zero. The way it is. 請求項30に記載の方法において、前記第1部分を提供するステップが、少なくとも1つのDC/ACインバータを有する入出力モジュールに前記出力電力の前記第1部分を直流として提供するステップと、調整後の電力を前記入出力モジュールから前記グリッドに交流として供給するステップと、を有する、方法。   31. The method of claim 30, wherein providing the first portion comprises providing the first portion of the output power as direct current to an input / output module having at least one DC / AC inverter; Supplying from the input / output module to the grid as alternating current. 請求項30に記載の方法において、前記第2部分を提供するステップが、少なくとも1つのDC/ACインバータを有する無停電モジュールに前記出力電力の前記第2部分を直流として提供するステップと、調整後の電力を前記無停電パワーモジュールから前記B側給電部に交流として提供するステップと、を有する、方法。   31. The method of claim 30, wherein providing the second part comprises providing the second part of the output power as direct current to an uninterruptible module having at least one DC / AC inverter; Providing as an alternating current from the uninterruptible power module to the B-side power supply. 前記負荷が1つ以上の直流使用医療装置を含む、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the load comprises one or more direct current medical devices. 前記負荷が1つ以上の交流負荷を含む、請求項30に記載の方法。   32. The method of claim 30, wherein the load comprises one or more AC loads. 前記負荷が機関車、誘導炉、及び、製造検査用X線機械の少なくとも1つを含む、請求項30に記載の方法。   31. The method of claim 30, wherein the load comprises at least one of a locomotive, an induction furnace, and a manufacturing inspection x-ray machine. 前記グリッドが電力供給停止状態になったときに前記負荷による電力スパイクが実質的にない、請求項30に記載の方法。   31. The method of claim 30, wherein there is substantially no power spike due to the load when the grid enters a power outage condition. 請求項40に記載の方法において、前記出力電力の前記第1部分と前記出力電力の前記第2部分とが前記負荷の電力要求の100%よりも大きく、前記出力電力の前記第1部分と前記出力電力の前記第2部分との少なくとも一部が前記負荷が配置されている施設に提供され、前記出力電力の前記第1部分と前記出力電力の前記第2部分とが前記少なくとも1つのパワーモジュールの約100%の資産活用である、方法。   41. The method of claim 40, wherein the first portion of the output power and the second portion of the output power are greater than 100% of the load power requirement, and the first portion of the output power and the At least a portion of the second portion of output power is provided to a facility where the load is located, and the first portion of the output power and the second portion of the output power are the at least one power module. The method is about 100% asset utilization.
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